三相整流桥
电压表 滑线变阻器
电流表
风力发电机功率测试实验流程图
42
三、五和六叶片叶轮在轮毂安装角为30°时的功率输出曲线
43
三叶片叶轮在轮毂安装角为13.5°和 30°时的功率输出曲线
44
风能利用系数Cp
0.45
0.40
螺旋桨式叶轮的风能利用系数
0.35
专用六叶片叶轮的风能利用系数
0.30
3
采用稀土永磁材料后还可以增大气隙磁密 度，并把电机转速提高到最佳值。这些都 可以缩小电机体积，减轻质量，提高功率 质量比。随着稀土永磁电机性能的提高和 驱动系统的完善, 价格降低的稀土永磁电机 将越来越多地替代传统电机, 应用前景相当 乐观。为了满足需要, 稀土永磁电机的设计 和制造工艺尚需不断创新, 电磁结构更为复 杂, 计算结果更加精确, 制造工艺更加先进 适用。
转矩转速 记录仪
＋
电磁调速 电动机
三相感应 电动机
发电机
整流桥
－
滑线变阻器
电压表 电流表
11
测试系统中，通过滑差电机调速装置和电磁调速 电动机调整三相感应电动机的转速，采用转矩转 速传感器对三相感应电动机的输出转矩和转速进 行实时测试，并通过转矩转速记录仪记录和打印 出结果，即得到此时被测发电机的转矩和转速值。 同时，发电机的输出端通过长25m的铜芯电缆连 接到整流桥的三相输入端，经全桥整流后三相交 流电被变为直流电输出，采用电流表和电压表或 电流电压测试仪测得输出的直流电压和电流。
20
按GB/T 10760.2—89，额定转速以上时仍通过改 变负载保持额定电压不变，以转速为横坐标，效 率和输出功率为纵坐标作出关系曲线；而新国标 GB/T10760.2—2003规定，在额定转速以上时， 保持额定功率时的负载电阻不变，以转速为横坐 标，效率和输出功率为纵坐标作出关系曲线。
21
旧国标的效率测试方法主要考虑了离网型风力发电系统中 蓄电池的容性稳压作用；
新国标保持额定负载不变，主要考虑了蓄电池是风力发电 系统的一个不变的负载;
直接负载法（电阻负载)是按国标 GB/T10760.2—2003 规 定，在额定转速以下时，调节滑线变阻器，保持额定输出 电压不变，在额定转速以上时，保持额定功率时的负载电 阻不变，以转速为横坐标，效率和输出功率为纵坐标作出 关系曲线。
12
13
14
15
16
实验研究的内容和方法
发电机输出功率和额定转速的测定 发电机输出端按GB/T19068.1规定的接线方法连
接，经整流后加电阻负载，保持发电机的电压为 额定电压，当发电机的输出功率为额定值时，测 得的转速即为发电机的额定转速。测得两台发电 机输出额定功率时的转速分别为225rpm、 228rpm，国标允许5%的误差(11.5rpm)。如果发 电机额定转速取230rpm，在误差允许的范围内， 因此将发电机的额定转速定为230rpm。比国标 GB/T 10760.1—2003中规定的额定转速280rpm 低50rpm 。
28
由于绕组电阻的阻值较小，采用能够精确测量低 值电阻的便携式直流双臂电桥测量发电机绕组的 电阻。该电桥采用密闭箱式结构。平滑调节臂、 单双桥比例臂、检流计、工作电源和标准电阻均 装于一块金属面板上。所有电阻元件均采用优质 漆包锰钢漆包线，以无感式绕于高频瓷管上，并 经过严格的人工老化筛选，从而保证阻值稳定可 靠。
6
1kW低转速稀土永磁发电机的定子冲片图
定子冲片槽 数为33槽沿 圆周均布， 在该图的右 上角示出了 定子冲片梨 形槽的结构 尺寸，槽高 为24.8㎜。
7
1kW低转速稀土永磁发电机的转子极靴图
8
转子极靴，为了减轻重量和减少材料的用 量，在极靴中沿圆周方向均匀地开了10个 直径为20㎜通孔，在通孔外侧极靴的表面 铣了10个深为2㎜的槽，将转子磁钢粘结在 该槽中，为了保证磁钢的可靠性，再用紧 固螺钉将磁钢紧固在槽中。
得Ⅰ号样机的起动阻力矩为0.752Nm，Ⅱ号样机
的起动阻力矩为1.255Nm。国标GB/T 10760.1—
2003规定，1kW永磁风力发电机的起动阻力矩不
大于1.5Nm，因此，Ⅰ、Ⅱ号样机的起动阻力矩
均满足国标的要求。
18
效率测定采用直接法
效率测定采用直接法。发电机在额定电压、额定 功率下运行，此时发电机转速应不大于105%额定 转速，当温度基本上达到稳定以后，测得发电机 的输入功率，直流输出功率，就可以计算出发电 机的效率，根据国标GB/T10760.1—2003的规定， 1kW永磁风力发电机的效率不低于74%。
74.7
34
1kW风力发电专用的低转速稀土永磁发电机Ⅰ号 样机温升曲线
发电机温升(K)
80 70 60 50 40 30 20 10
0 0
温升曲线
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 发电机运行时间(min)
35
按国标GB/T10760.1—2003的规定，1kW 永磁风力发电机的温升应小于80K。因此， 两台实验样机的温升均满足国标的要求。 由于发电机温升试验是在室内进行的，而 且发电机周围的介质是静止不流动的，所 以在发电机实际应用时的温升还将低于该 实验结果。从上图可以看出，随着发电机 运行时间的延长，绕组温度越来越高，大 约运行150分钟以后，两台样机绕组的温度 基本趋于稳定。
32

T

(R2

R1 ) (235 R1
T1 )
T1
T2
式中 T1 —环境温度 (℃)；
T2 — 发电机绕组温度稳定时的冷却介质温度 (℃)；
R1 — 发电机绕组的冷态电阻值；
R2 — 发电机绕组温度稳定时的阻值；
T —发电机的温升(℃)。
33
1kW风力发电专用的低转速稀土永 磁发电机Ⅰ号样机温升试验结果
记录次 数
记录时间(分钟) 冷却介质温度(℃)
电阻值（Ω )
冷态
0
6.2
0.9925
温升(K) 0.0
1
60
9.5
1.2360
55.9
2
90
10.0
1.2770
65.3
3
110
10.4
1.2940
69.1
4
140
10.9
1.3200
74.9
5
165
11.1
1.3200
74.7
6
180
11.1
1.3200
第七讲 小型风力发电机测试
1
第一部分
永磁发电机实验台测试
2
永磁式发电机，不需要励磁绕组和直流励 磁电源，取消了容易出故障的转子上的集 电环和电刷装置，成为无刷电机，不存在 励磁绕组的铜损耗，比同容量的电励磁式 的发电机效率高 、运行可靠、维护方便、 电机结构紧凑、体积小、功率质量比大的 特点。但是，永磁式发电机由于制成后磁 场无法调节，永磁材料离散性大，以及温 度系数大，因而在设计与制造上都存在一 些新的问题 。
5
随着永磁电机研究开发经验的逐步成熟和价格 的逐步降低，永磁电机在国防、工农业生产和 日常生活等方面获得越来越广泛的应用，稀土 永磁电机的研究开发进入一个新的阶段。
中国是稀土大国，约占世界稀土储量的 83%。内蒙古稀土远景储量为8500万吨，占全 国的85%，占世界的76%，工业储量占全国的 41.137%，占世界的33.167%，因此稀土永磁 电机的研究在内蒙古就更具有开发和利用价值。
A —风轮扫掠过的面积，m2 ；
—空气密度,kg/m3 ；
V —风速,m/s 。
38
风力发电机输出功率测量方案
按照永磁发电机的实验方案，采用车载实验方法 对风力发电机组的输出特性进行测试，记录下自 然风速、输出电流、输出电压，从而得到所需数 据。
39
40
41
风速风向仪
自然风速风向记录
风力发电机
9
永磁发电机的性能实验
主要实验仪器 ()电磁调速电动机 (2)电磁调速电机控制器 (3)转矩转速传感器 (4)微机型转矩转速记录仪 (5)电流表 (6)电压表 (7)温度计 (8)法兰盘2个 (9)若干电阻
10
发电机实验测试系统原理简图
滑差电机 调速装置
转矩转速 传感器
转 速(r/min)
1kW低转速稀土永磁发电机Ⅰ号样机功率特性曲线
23
0.85
额定电压不变效率曲线 额定负载不变效率曲线
0.80
0.75
效率
0.70
0.65
0.60
0.55
0.50 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375
转 速(r/min)
1kW低转速稀土永磁发电机Ⅰ号样机效率曲线
27
参照GB/T 1029的规定,温升试验时应尽可能使发 电机外部散热符合其实际工作状态。即用风机或 风扇吹其外表面，使发电机表面风速达到风力发 电机组的额定工作风速。但如果不向发电机表面 吹风，即把发电机放在空气不流动的室内实验台 进行温升试验，测得的结果将会比风力发电机实 际工作状态时的温升要大。因此，如果用该方法 测得的发电机温升满足设计要求，则必然也满足 发电机的实际工作状态的要求。
36
第二部分 风力发电机的输出功率特性测试
皮托管 自然风
风力发电机
数字压力计 三相整流桥
滑线变阻器 电压表
电流表
37
风能利用系数
风力机能够从自然风中得到的能量百分比，称 为风能利用系数（Rotor Power coefficient）, 可用下式表示：
其中:
P
Cp 1 AV 3
2
P —风力机实际得到的输出功率,W ；