電勵磁直驅與永磁直驅發電機的研究

李 釩（都城綠色能源有限公司新疆分公司,烏魯木齊 830000）

電勵磁直驅與永磁直驅發電機的研究

李 釩
（都城綠色能源有限公司新疆分公司,烏魯木齊 830000）

隨著社會經濟的快速發展，能源問題得到了廣泛的關注，風能屬于再生能源，它具有清潔、無污染與高效等特點，因此，風力發電系統的發展具有較大的規模，風力發電實現了風能的有效利用。電勵磁與永磁直驅發電機作為主要發電機，二者的結構較為簡單，效果較高，同時其故障率偏低。本文主要研究了電勵磁直驅與永磁直驅發電機，旨在促進風力發電技術的進一步發展，推動風力發電機型的不斷創新與改革。

風力發電系統；電勵磁直驅發電機；永磁直驅發電機

0 引言

直驅型風力發電機具有一系列的優點，如：低故障率、高可靠性與高傳動效率等，在風電領域其發展具有較快的速度。但永磁發直驅型發電機的發展受成本與儲量的影響，使電勵磁直驅型發電機成為了風力發電的主要趨勢。本文對兩種機型均進行了研究，旨在促進直驅型發電機的長久與持續發展。

1 風力發電系統的概況

在世界范圍內，能源問題直接關系著社會的穩定與經濟的發展，在此背景下，可再生能源得到了快速的發展，風能作為清潔能源，其發展得到了廣泛的關注。我國對能源的需求與消耗較大，風力發電系統及技術保持著穩定的發展，目前，風力發電機組主要分為兩類，以機組的轉速是否恒定為依據，分為定速風力發電熊與變速風力發電系統，前者的構成主要包括風力機、變速箱、發電機與并網變壓器，該結構具有一定的典型性與簡潔性，但其缺點為較低的功率因數，機組的容量擴展較為困難；后者的類型有直驅型、半直驅型與多級增速型，還可以分為全功率變流型與部分功率變流型[1]。

直驅型風力發電系統具有較高的可靠性與較高的效率，但機組的運行轉速偏低，機體較大。直驅型主要包括電勵磁風力發電系統與永磁型風力發電系統，其中前者與后者相比，前者具備一組勵磁裝置。

2 電勵磁直驅發電機的概況

電勵磁直驅風力發電系統的構成主要有風輪機、變流器、風機主控系統、制動器、電勵磁同步電機與偏航系統等。該系統的能量流向為：風能向機械能的轉化，再由機械能轉化為電能，最后電能在變壓器的作用下接入電網。風機主控系統主要是以風速的實際情況為依據，保證了風機最大功率點的跟蹤，同時，它也負責監控風機的各種故障，如：運行狀態與應對系統等。變流器主要是為了控制功率，而變換器為轉子繞組提供了直流勵磁，通常情況下，變流器為全功率變流器、定子側變流器與并網逆變器。

電勵磁直驅發電機具有一系列的優點，主要有較小的轉動慣量、較強的過載能力與較高的功率因數，還體現在較低的系統成本、無失磁風險、可調的勵磁電流與；靈活的控制手段等。目前，此類機型的應用較為廣泛，在火電、水電與船舶驅動中的應用效果較為顯著。電勵磁驅動發電系統的結構主要有直流勵磁模塊、電勵磁風力發電機、變流器等。

電勵磁直驅發電機的設計主要體現在以下幾方面：

其一，設計原則。在永磁直驅風力發電機的基礎上，對電勵磁直驅風力發電機進行研究，對原有發電機進行改進，此時要使設計目標符合發電機輸出功率的要求，主要是對定子與軸承等進行調整；對原有發電機的轉子進行調整，使其滿足勵磁功率的最小化要求，其中的永磁體轉換為勵磁磁極。

其二，結構設計。電勵磁直驅風力發電機的結構為單支撐，利用全功率變頻器提供了共模電壓，在共模電壓和轉子耦合后，轉軸對地出現了脈沖電壓。在轉子磁方面，勵磁壓力為全功率變頻器的直流母線電壓，其極線圈結構為多層多排，電磁線為漆包線。在通風冷卻方面，電勵磁直驅風力發電機增加了勵磁損耗，在此基礎上，要對原有的電機冷卻系統進行調整與改進，以此保證系統的散熱能力，同時對電磁的損耗與溫升計算，根據電磁初步設計方案，對電機散熱進行計算，并根據計算結果對電機結構進行調整。在實際設計過程中，對材料有著較高的要求，在此基礎上，發電機才能夠具有可靠性、安全性與穩定性[2]。

3 永磁直驅發電機的概況

永磁直驅風力發電系統主要有較小的體積與重量、較高的效率、簡單的結構、便捷的維護與可靠的運行，在科學技術的支持下，發電機的容量得到擴展，其應用范圍日益廣泛，近幾年，永磁直驅發電機作為重要的機型得到了快速的發展，但其中的關鍵性材料價格在不斷上漲，導致發電機系統的成本逐漸跳，在此基礎上，促進了電勵磁驅動風力發電系統的出現與發展。

永磁直驅發電機的設計方案具有獨特性，采用的極對數較多，在此基礎上，其轉子速度相對較低，但發電機仍保持著工作。在永磁直驅風力發電系統中實現了風輪機與永磁直驅發電機轉子的直接耦合，在齒輪箱省去的前提下，保證了發電機的高效率，同時也減少了發電機的維護，控制了其噪聲。與此同時，永磁直驅發電機未安裝電勵磁，使其重量較輕、效率較高，還具有良好的可靠性。在科學技術的支持下，永磁材料有著較快的發展速度，其中占較高成本的永磁體與開關器件等均有著較大的改變，其性能均有著顯著的提高，同時成本也得到了控制，因此，永磁直驅發電機的發展前景較為廣闊[3]。

4 總結

綜上所述，本文主要研究了電勵磁直驅與永磁直驅發電機，通過對風力發電系統的分析，重點介紹了電勵磁直驅發電機的設計與永磁直驅發電機的概況，相信，隨著不同風力發電機型的發展與創新，我國風力發電將得到高效的利用。

[1]趙新.電勵磁直驅風力發電機并網控制技術研究[D].北京交通大學,2014.

[2]李葛亮.電勵磁直驅風力發電機組的控制[D].北京交通大學,2014.

[3]肖珊彩,秦明.大型雙定子直驅永磁風力發電機電磁設計與仿真[J].電機與控制應用,2013（02）:45-48+50.