直驅式風力發電機原理及發電機組概述
時間:2011-12-28 點擊:4224 次

 

直驅式風力發電機原理及發電機組概述
直驅式風力發電機原理及發電機組概述
    二極三相交流發電機轉速約每分鐘3000轉,四極三相交流發電機轉速約每分鐘1500轉,而風力機轉速較低,小型風力機轉速約每分鐘最多幾百轉,大中型風力機轉速約每分鐘幾十轉甚至十幾轉,必須通過齒輪箱增速才能帶動發電機以額定轉速旋轉。下圖是一臺采用齒輪箱增速的水平軸風力發電機組的結構示意圖。
 
   
使用齒輪箱會降低風力機效率,齒輪箱是易損件,特別大功率高速齒輪箱磨損厲害、在風力機塔頂環境下維護保養都較困難。不用齒輪箱用風力機漿葉直接帶動發電機旋轉發電是可行的,這必須采用專用的低轉速發電機,稱之為直驅式風力發電機。近些年直驅式風力發電機已從小型風力發電機向大型風力發電機應用發展,國內具有自主知識產權的2MW永磁直驅風力發電機已研制成功,據報道目前國外最大的風力發電機組已達7MW,是直驅式發電機組。
 
   
低轉速發電機都是多極結構,水輪發電機就是低速多極發電機,風力機用的直驅式發電機也有類似原理構造,一種多極內轉子結構,只是要求在結構上更輕巧一些。
 
    
近些年高磁能永磁體技術發展很快,特別是稀土永磁材料釹鐵硼在直驅式發電機中得到廣泛應用。采用永磁體技術的直驅式發電機結構簡單、效率高。永磁直驅式發電機在結構上主要有軸向與盤式結構兩種,軸向結構又分為內轉子、外轉子等;盤式結構又分為中間轉子、中間定子、多盤式等;還有開始流行的雙凸極發電機與開關磁阻發電機。
 
   
下圖是一個內轉子直驅式風力發電機組的結構示意圖。其定子與普通三相交流發電機類似,轉子由多個永久磁鐵構成。
 
   
外轉子永磁直驅式風力發電機的發電繞組在內定子上,繞組與普通三相交流發電機類似;轉子在定子外側,由多個永久磁鐵與外磁軛構成,外轉子與風輪輪轂安裝成一體,一同旋轉。本欄有對外轉子直驅式風力發電機的專門介紹,下圖是一個外轉子直驅式風力發電機組的結構示意圖。
 
 
盤式永磁直驅式風力發電機的定子與轉子都呈平面圓盤結構,定子與轉子軸向排列,有中間轉子、中間定子、多盤式等結構,本欄有對中間轉子與中間定子直驅式風力發電機的專門介紹,下圖是一個中間定子直驅盤式風力發電機組的結構示意圖。
 
 
 
還有一種半直驅發電機,結構也有上述幾種,只不過極數沒那么多而已,還需使用齒輪箱進行少量增速,由于極數較少的發電機與增速不大的低速齒輪箱制造維護都較方便,成本相對低廉,故采用半直驅發電機加低速齒輪箱也是一種折中的方案。
 
在永磁直驅式風力發電機的結構上還有一個重要的特點,那就是繞組的槽數與磁極數不成整數關系,這是因為當所有磁極與槽數整齊對應時,磁力線有最短磁路,轉子與定子間的強大吸引力會使發電機起動非常困難。所以起動阻力矩也就成了永磁發電機的重要參數,采用分數槽設計就可以較好的減小起動阻力矩。另外分數槽設計還可以在同數目磁極下減少線槽數,降低制造難度。如何選好永磁發電機的極數與槽數是目前正在研究中的新技術,方案也很多,本欄目就不作介紹了,在以下幾種永磁直驅式發電機的結構示例中仍采用整數槽。
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