永磁同步风力发电机的设计
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哈尔滨工业大学
《交流永磁同步电机理论》课程报告
题目:永磁同步风力发电机的设计
院(系）电气工程及其自动化
学科电气工程
授课教师
学号
研究生
二〇一四年六月
第1章小型永磁发电机的基本结构
小型风力发电机因其功率低,体积小，一般没有减速机构,多为直驱型。发电机型式多种多样,有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。
１．１小型永磁风力发电机的基本结构
按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系,永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。
（1）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。
径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转
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子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上,但是，这需要高磁积能的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高,但制造工艺相对复杂,制造费用较高。
径向磁场电机用作直驱风力发电机,大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低,定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大,不易密封防护、安装和运输[１]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。
a)径向式结构ｂ)切向式结构
1-永磁体2－硅钢片3-轴4-隔磁套5－紧固套
图１-1径向式、切向式永磁电机结构图
(2）切向式永磁发电机结构如图1-1ｂ)所示。切向式转子磁路结构中，永磁体磁化方向与气隙磁通轴线接近垂直且离气隙较远，其漏磁比轴向式结构、径向式结构要大。但是，在切向式结构中永磁体并联作用,有两个永磁体截面对气隙提供每极磁通，可提高气隙磁密，尤其在极数较多的情况下更为突出。因此适合于极数多且要求气隙磁密高的永磁同步发电机[2]。
(3）轴向式永磁发电机轴向磁通发电机绕组物理位置被转移到端面，电机的轴向尺寸相对较短。与径向磁场电机相比，轴向磁通电机的磁路长度要短些。电机中导体电流呈径向分布,这样有利于电枢绕组散热,可取较大电负荷,其中双定子中间转子盘式结构用得较多，结构如图1-2所示。它具有结构紧凑、转动惯量大、通风冷却效果好、噪声低、轴向长度短、可多台串联等优点,便于提高气隙磁密、提高硅钢片利用率。缺点是直径大、永磁材料用量大、结构稳定性差。
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在永磁体结构轴向不对称时，存在单边磁拉力，如果磁路设计不合理，漏磁通大，在等电磁负荷下,效率略低。
１—定子1２—转子3—定子2
图１-2盘式永磁电机定、转子结构图
永磁发电机用于风力发电可以省去电励磁发电机的电刷、滑环等装置，结构简单，但也需要满足一些特殊的要求。风力发电要求起动风速低，这就要求永磁电机的定位力矩要尽量小,因此设计时要尽量减小齿槽转矩。另外直驱式风力发电机工作转速低，极数多，考虑到风力发电机的工作环境,在保证电机性能的条件下，体积应设计的尽量小。所以定位力矩和性能体积比成为该电机在设计上的两个主要问题。
减小齿槽转矩的方法,大体可以分为两类:①采用新型结构电机,如无槽电机、磁悬浮电机等。②在传统结构上进行参数优化,如合理地选取极弧系数,采用合适的极槽配合，改变槽开口宽度(或使用磁性槽楔），采用斜槽、斜极、添加辅助槽、磁极偏移等措施。
1．２本文的主要研究内容
本设计主要按照任务书中的要求进行三相永磁同步风力发电机的结构设计,在此基础上进行仿真和优化,选取最佳的设计方案。利用有限元软件分析，探讨不同参数对电机性能（空载特性、负载特性、齿槽转矩等)的影响。
设计的技术要求如下:
（1）基本参数
额定功率：P N=500W
额定功率因数:cosφ=0.9
额定频率:f=50Hz
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额定转速：n N=200rpm
额定线电压最大值：U llmax=30V（Ｙ接）
电压波形:正弦波
定位力矩：T≤0.2N?m
(2）结构参数
最大外径:D max<155mm
电机长度：L≤240mm
转子永磁体采用表贴式结构
第2章永磁同步风力发电机的电磁设计
2.1 引言
永磁同步风力发电机,同传统的永磁同步发电机一样，在设计时要重点考虑固有电压调整率、电压波形畸变率和功率密度等性能。同时,作为直驱式风力发电机,也需要根据其自身的工作特性考虑其特殊的性能要求,如相电流较大、定位力矩较小等。如何提高电机的功率密度和减小定位力矩是本次设计的难点。
由于有限元法开发周期较长，所以目前永磁电机电磁设计仍较多采用磁路法。通过磁路计算,初步确定电机的各部分结构和参数,编写计算程序，并核算其性能。本章的内容就是给出永磁同步发电机的主要结构和关键参数的选取和确定方式,初步确定电机的各部分尺寸和结构。
2.２发电机主要尺寸的确定
本电机设计采用表贴式内转子结构,由于电机的电磁负荷较大，初选永磁体牌号为N３8。硅钢片分为冷轧硅钢片和热轧硅钢片。冷轧硅钢片磁饱和性能比热轧硅钢片好,因电机的磁负荷比较高,极槽数多，考虑到齿部的饱和问题，选用冷轧硅钢片，牌号为DＷ３15-50。电机的转轴上不存在交变磁场,只需要提供足够的机械强度即可，因此材料选为10号钢。机壳材料选用密度较小的铝,以减轻电机重量。电枢铜线对电机的性能影响不大,选择常用材料即可。
２.２.1 主要尺寸基本关系式
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永磁同步发电机的主要尺寸是电枢直径（定子内径)D i1和轴向计算长度L i ，与传统电机一样，主要尺寸的基本关系式:
dp
i i i K K AB P n L D Φ?=δα4
1i 101.6
(2-1)
式中有的量是技术要求给定的(计算电磁功率P i 和转速n )，或是变化范围不大的(计算极弧系数αi ,气隙磁场波形系数K Φ和绕组系数K dp ),可以通过初选电磁负荷来确定电机尺寸。但在本设计中，因技术要求中给定了电机的直径和长度范围，因此可直接按照给定的外形尺寸来确定电机的主要尺寸。初定定子外径14８mm ，内径110mm ，轴向长度1７0mm 。
２.2.２ 气隙长度的选择
永磁电机的气隙长度是很重要的参数，它不仅影响电机的装配工艺和杂散损耗,同时对电机的交、直轴同步电抗有影响。为减小过大的杂散损耗，降低电机的振动和噪声和便于电机装配，永磁电机的气隙长度通常比同规格的感应电机的气隙大。设计时可参照同规格的感应电机的气隙长度，并做适当修改。
本设计中,气隙长度δ=0.5mm 。
2.3 永磁体设计
永磁体尺寸包括永磁体轴向长度L M ，磁化方向长度h M 和宽度b M 。轴向长度L M 取与铁心轴向长度相等或稍小于铁心轴向长度。磁化方向长度h M 的选取影响着电机的直轴电抗进而影响电机的许多性能。h M 应使永磁体工作于最佳工作点,h M 过大会造成材料浪费，增加成本;h M 过小会使永磁体易于退磁，而且加工难度大，废品率增加。宽度b M 的选取关系到每极磁通的大小,b M 的大小与极弧系数αp 有关，而αp 对电压波形、漏磁系数和齿槽转矩等有重要影响。
在本设计中预取永磁体磁化方向长度h M =4mm ,极弧系数αp =0.77,永磁体宽度b M 按转子外径和极弧系数计算得到,b M =8.59mm 。
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2.4 定子绕组和铁心设计
2.4.1 绕组形式的确定
定子绕组的形式有分布式和集中式。集中式绕组的线圈直接绕在一个齿上，节距y=1。与分布式绕组相比，不仅降低了绕线的难度,而且端部短，电阻小，铜耗低,可以有效的降低电机的成本和发热[13]。
在电机极数和相数一定的情况下,定子槽数由每极每相槽数q决定。q可以为整数也可以是分数。但直驱式风力发电机中,由于电机转速较低，极数较多，q 取整数会使电机定子槽数过多，这不仅使电机外径增大，还使加工成本增加，绝缘材料用量增大,降低槽利用率。更重要的是使电机齿槽转矩很大。与此相比,分数槽绕组(ｑ取分数,本设计中取q<1)不仅能使电机槽数减少，而且能有效的减小齿槽转矩。
基于以上考虑，本设计中定子绕组采用双层分数槽集中绕组。
2．4.2 极槽数的确定
永磁电机中，极槽数的设计对电机的性能有很大的影响。合理的极槽配合可以保证电机具有较高的绕组因数，能够改善电压波形和减小齿槽转矩。
在给定转速和频率的情况下,电机的极对数可由公式(２-2）确定
n f
p
60
（2-2）
定子槽数由每极每相槽数ｑ来确定。根据文献[９]，为保证集中式绕组的绕组因数大于0.９５，ｑ的范围为0.27７３-０.４178，电机的槽数Z可取17-37。根据文献[14]，为满足三相对称和短距的要求,选取Z=３6。即电机的极槽数为３0极３6槽。经验证，该极槽配合能实现较高的绕组系数和较小的齿槽转矩。
2.5 电机的路算结果
按以上原则选取电机的主要参数后确定电机结构并核算性能,得到电机的路算结果见表2-1～２-4。
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表2-1电机重要尺寸表（mm) 表2-2 主要结构参数表
表
电机主电磁负表
２－ 4 机性能数表
极弧系数0．77每极每相槽数0.4绕组因数0.９33绕组每相串联匝数60每槽导体数１0
并联支路数1
槽满率%64．９
转子外径110定子外径14８
定子内径111
气隙长度0．5
轴径4０转子铁心长度１70
定子铁心长度17０
电流密度A/mm2４.148电负荷Ａ/ｃm139.9８
１气隙磁密T0.８09
齿磁密T１.７77定子轭磁密T1．5６４转子轭磁密T0.３0５永磁体磁密T0.993每相绕组电阻0.1４2每相绕组漏抗0.282
永磁体空载工作点0.8５5/0.
１４5永磁体负载工作点0．843/0.
157
空载励磁电势(线max）
V
４1.392输出电压(线max)V３1.2２5定子铁耗Ｗ51.26３
绕组铜耗W75．５56
总损耗W１85.8１
输出功率W541.６８
２
效率%72.404
第3章永磁同步风力发电机的有限元分析
3.１分析模型的建立
根据第2章电磁设计中确定的方案建立电机的二维电磁场分析模型,对电机的静态磁场和瞬态磁场进行分析。
由于电机结构沿轴向是对称的，因此只建立二维模型进行分析。按几何对称性，电机的结构可分为若干个周期。本电机为3０极３6槽,可分为６个周期。为了缩短Ｍaxweｌl 2D运行时间,本文对电机的2个周期进行建模分析。所建立模型如图3-1所示。
图３-1 永磁同步发电机有限元仿真模型图
3.2 静态场分析
图3－2为电机的磁力线分布图。显然，磁力线对称且径向分布。相邻磁极间的磁力线构成磁流通路径,相邻两个磁极间有一定的漏磁，但由于极弧系数不是很大，磁极间距比较远，漏磁较少。
图３-2 有限元分析磁力线图
图３-3为１个周期(5极6槽)内磁通密度沿圆周方向分布曲线，最大磁密为1.0７27T，平均磁密０.7８81Ｔ。与路算的结果(０.8０9T)相比，误差２.7%,在1０％以内。由于定子开槽形的影响，导致了气隙磁阻不均匀，经过定子齿部路径
的磁阻要小于经过槽部路径的磁阻,因此，更多的磁力线沿着磁阻小的路径进入定子齿， 而进入槽的磁力线就相对要少得多。由此导致了气隙磁密在接近齿的地方幅值高,接近槽的地方幅值低。
20
40
60
80
100
120
-1.0
-0.50.00.51.0B (T )
Distance （mm ）
图３-３ 圆周方向气隙磁密曲线
3.3 瞬态场分析
3.３.1 空载磁场分析
空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立,通过空载特性我们可以了解到电机的磁路设计的是否合理。
图3－４为电机额定转速下空载反电势相电压波形曲线。分析其波形畸变率，在后处理计算器中得到线电压波形并进行傅立叶分解,得到各次谐波含量和大小如图所示。可以看出电机空载感应线电压基波幅值为２7．5V ,有效值为 19.45V 。路算结果18.３7Ｖ,与场算误差 5.6%。但是电压波形的正弦度并不好,畸变率7．41%。
5
10
1520
-30
-20-10010
2030E 0(V )
t (ms)
图３-4 额定转速下空载反电势波形图
齿槽转矩波形如图3－５所示，齿槽转矩最大值1.91N ?m 。
2
4
6810
-2.0
-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0T C (N m )
α(deg)
图3-５ 齿槽转矩波形图
漏磁系数是指电机中永磁体提供的总磁通与进入电枢的气隙主磁通的比值，它反应的是永磁体向外电路提供的总磁通的有效利用程度，漏磁通相对较大时永磁体的利用率就差。该永磁风力同步发电机是径向结构电机,漏磁系数可通过下式进行计算：
4
321m
A A A A --=ΦΦ=
δσ
(3-1）
式中A 1、A 2、A 3、A 4分别为图3－6中节点1、2、3、4处的磁矢位。
图3-６ 电机冲片图
根据该方法求得电机的漏磁系数σ=1.06687。
利用Maxwell 2Ｄ 软件的场计算器还可以得到额定转速时空载气隙磁密以及定、转子齿和轭的磁密，甚至电机内部任意一点的磁场参数。结果见表3-１。
3．3．2 负载磁场分析
电机负载运行时,绕组中电流不再为零,电枢绕组电流产生的电枢磁动势会影响气隙磁场的分布和大小。图3－7～３-9为发电机负载运行时的分析结果。可以得到电机平均转矩34.34N·m,额定输出相电流基波幅值为19.8８5A,额定电压31V,平均输出功率为５３３．818W。在额定负载下，该直驱永磁同步风力同步发电机能够输出额定的电压及功率值。发电机负载性能的场算结果与路算结果对比见表3-1。
图3-７额定负载电机转矩图
图３-8 额定负载相反电势波形
图3-9 额定负载相电流波形
表3-1路算与场算结果对比
可以看出,电机的场算结果和路算结果接近，在允许误差范围内，说明路算结果较为准确。
总结
本文对一台直驱式永磁同步风力发电机进行了结构设计和性能分析，主要内容如下:用磁路法对电机进行了结构设计和参数计算,给出了各部分结构和参数的选取和确定原则，初步确定了电机的基本电磁结构和各部分尺寸。并用有限元法对磁路法计算出的电机模型进行仿真分析,与路算结果进行对比。当然，一个完整的电机本体设计还包括很多文章中未提及的细节和内容，比如利用电磁场有限元仿真软件，还可以对电机的主要性能进行分析并在结构上进行优化设计。例如本文中极弧系数和定子内径对电机齿槽转矩和输出电压有影响，磁极偏移和分段斜极这两种方法可以减小齿槽转矩,从而提升电机的总体性能。由于篇幅有限，在此没有一一介绍。
参考文献
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［2]唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M]. 北京：机械工业出版社．2010:7４.
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[4] 花为,张淦.新型集中绕组小型永磁风力发电机的设计与分析[J]．电力科学与
技术学报. 2009，2４(3)：２7-３２.
[5] 黄舒淳．交流发电机分数槽绕组设计[J].电机技术．２00９（６）：4-８.
永磁同步风力发电机的设计说明
哈尔滨工业大学 《交流永磁同步电机理论》课程报告题目：永磁同步风力发电机的设计 院 (系) 电气工程及其自动化 学科电气工程 授课教师 学号 研究生 二〇一四年六月
第1章小型永磁发电机的基本结构 小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。 1.1小型永磁风力发电机的基本结构 按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。 （1）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。 径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是，这需要高磁积能的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高，但制造工艺相对复杂，制造费用较高。 径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低，定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输[1]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。 a)径向式结构 b)切向式结构
永磁同步电机基础知识
(一) PMSM 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2) 不考虑涡流和磁滞损耗； 3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的 磁势，忽略气隙中的高次谐波； 4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： (l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示: d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ?=+-????=++?? 其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。 cos sin 22cos()sin()3322cos()sin()33a d b q c u u u u u θθθπθπθπθπ?? ?-????? ??=--- ? ???? ???? ?+-+? ? (2)d/q 轴磁链方程： d d d f q q q L i L i ψψψ=+???=?? 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为 倍。
风力发电机设计与制造课程设计
一．总体参数设计 总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中： P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ； 错误!未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误!未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。 由直径计算可得扫掠面积： 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。 综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822 m
4. 功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： )()()(△t P t P t P sta t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率； )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式： 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误!未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； 错误!未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。
高速永磁同步发电机设计研究毕业设计
毕业设计说明书题目：高速永磁同步发电机设计研究
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理
变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究 变速恒频发电技术 变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。 目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。
永磁同步电机理论
Measurement of Eddy-Current Loss Coefficient P EC -R ,Derating of Single-Phase Transformers,and Comparison with K-Factor Approach Ewald F.Fuchs ,Fellow,IEEE ,Deniz Yildirim ,Member,IEEE ,and W.Mack Grady ,Senior Member,IEEE Abstract—A power amplifier is used to supply sinusoidal cur-rents of different frequencies for measuring eddy-current losses of a 25kV A single-phase transformer under short-circuit condi-tion.Measured data show that eddy-current loss is a linear func-tion of frequency with power of 2and the eddy-current loss co- efficient linear is computed.New measurement techniques are applied to determine the derating of single-phase transformers with full-wave diode and thyristor rectifier loads.The derating of transformers has been defined such that for the (apparent,real)power transfer of a transformer the total losses are identical to the rated losses at rated temperature.A relation between apparent power,derating and K-factor is given taking into account iron-core and stray-power losses.Measured derating values are compared with computed results based on the eddy-current losses,iron-core losses,stray-power losses,and K-factors.The eddy-current loss co- efficient nonlinear is computed from harmonics caused by diode/thyristor bridge loads. Index Terms—Eddy-current loss,K-factor,nonlinear load,transformer derating. I.I NTRODUCTION R ECENT publications [1],[2]detail the separate measure-ment of the iron-core losses and copper losses of single-phase transformers under (non)sinusoidal load conditions.In order to make a contribution to the recommended practice for es-tablishing transformer capability when supplying nonsinusoidal load currents,the K-factor approach [3]–[5]is modified to im-prove the prediction of the derating [6]of single-phase trans-formers.In [7]the harmonic loss factor is employed not the K-factor as defined in [3].The objective of this paper is to es-tablish a relationship between derating,K-factor and iron-core losses and to measure - (total harmonic distortion of current)values,where the indi-vidual current harmonics can be adjusted within certain limits.Prior work includes the measurement of the temperature due to current harmonics [11]for the same type of pole transformer as tested in this paper:the temperatures were monitored in [11] Manuscript received February 27,1998;revised August 21,1998.This work was supported by the Electric Power Research Institute,Palo Alto,CA,under Contract RP 2951-07. E.F.Fuchs and D.Yildirim are with the University of Colorado,Boulder,CO 80309. W.M.Grady is with the University of Texas,Austin,TX 78712.Publisher Item Identifier S 0885-8977(00)00664-6. for THD
风力发电机介绍
风力发电机介绍 目录 1. 风力发电发展的推动力 2.风力发电的相关参数 2.1.风的参数 2.2.风力机的相关参数（以水平轴风力机为例） 3.风力机的种类 3.1.水平轴风力机 3.2.垂直轴风力机 4.水平轴风力机详细介绍 4.1.风轮机构 4.2.传动装置 4.3.迎风机构 4.4.发电机 4.5.塔架 4.6.避雷系统 4.7.控制部分 5.风力发电机的变电并网系统 5.1.（恒速）同步发电机变电并网技术
5.2.（恒速）异步发电机变电并网技术 5.3.交—直—交并网技术 5.4.风力发电机的变电站的布置 6.风力发电场 7.风力机发展方向 1. 风力发电发展的推动力： 1) 新技术、新材料的发展和运用； 2) 大型风力机制造技术及风力机运行经验的积累； 3) 火电发电成本（煤的价格）上涨及环保要求的提高（一套脱硫装置价格相当 一台锅炉价格）。 2. 风力发电的相关参数： 2.1. 风的参数： 2.1.1. 风速： 在近300m的高度内，风速随高度的增加而增加，公式为： V：欲求的离地高度H处的风速； V0：离地高度为H0处的风速（H0=10m为气象台预报风速的高度）； n：与地面粗糙度等因素有关的指数，平坦地区平均值为0.19～0.20。 2.1.2. 风速频率曲线：
在一年或一个月的周期中，出现相同风速的小时数占这段时间总小时数的百分比称风速频率。 图1：风速频率曲线 2.1. 3. 风向玫瑰图(风向频率曲线)： 在一年或一个月的周期中，出现相同风向的小时数占这段时间总小时数的百分比称风向频率。以极座标形式表示的风向频率图叫风向玫瑰图。 图2：风向玫瑰图
风力发电机设计
高等教育自学考试毕业设计（论文） 风力发电机设计题目 级机电一体化工程09专业班级 姓名高级工程师指导教师姓名、职称
所属助学单位 2011年 4月1 日 目录 1 绪论………………………………………………………………………………… 1 1.1 风力发电机简介 (1) 1.2 风力发电机的发展史简介 (1) 1.3 我国现阶段风电技术发展状况 (2) 1.4 我国现阶段风电技术发展前景和未来发展 (2) 2 风力发电机结构设计……………………………………………………………… 3 2.1 单一风力发电机组成 (3) 2.2 叶片数目 (3) 2.3 机舱 (4) 2.4 转子叶片 (5) 3 风力发电机的回转体结构设计和参数计算 (5) 3.1联轴器的型号及主要参数 (5) 3.2 初步估计回转体危险轴颈的大小 (5) 3.3 叶片扫描半径单元叶尖速比 (6) 4 风轮桨叶的结构设计……………………………………………………………… 6 4.1桨叶轴复位斜板设计 (6) 4.2托架的基本结构设计 (6) 5 风力发电机的其他元件的设计 (6) 5.1 刹车装置的设计 (6) 6 风力发电机在设计中的3个关键技术问题 (7) 6.1空气动力学问题 (7) 6.2结构动力学问题 (7) 6.3控制技术问题 (7)
7 风力发电机的分类………………………………………………………………… 7 8 风力发电机的选取标准 (8) 9 风力发电机对风能以及其它的技术要求………………………………………… 8 9.1风力发电机对风能技术要求 (8) 9.2风力发电机建模的技术是暂态稳定系统 (9) 9.3风力电动机技术之间的能量转换 (10) 10 风力发电机在现实中的使用范例 (10) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要 随着世界工业化进程不断加快，能源消耗不断增加，全球工业有害物质排放量与日俱增，造成了能源短缺和恶性疾病的多发，致使能源和环境成为当今世界两大问题。因此，风力发电的研究显得尤为重要。 我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置，这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合实例，通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算，提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡，风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据，对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场，应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量，降低无功补偿的投资。 关键词：风力发电、风电场、无功补偿、电压波动
风力发电机组总体设计
1．总体设计 一、气动布局方案 包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。 二、整机总体布置方案 包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。 三、整机总体结构方案 包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。 四、各部件和系统的方案 应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。五、整机重量计算、重量分配和重心定位 包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。 六、配套附件 整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。 2．总体参数 在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。 一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能
永磁同步风力发电机的设计
-- 哈尔滨工业大学 《交流永磁同步电机理论》课程报告题目:永磁同步风力发电机的设计 院(系) 电气工程及其自动化 学科电气工程 授课教师 学号 研究生
-- 二〇一四年六月 第1章小型永磁发电机的基本结构 小型风力发电机因其功率低,体积小,一般没有减速机构，多为直驱型。发电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。 1.１小型永磁风力发电机的基本结构 按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。 (１）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近,漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态,只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通,因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。 径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是,这需要高磁积能的永磁体(如钕铁硼等)来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高,但制造工艺相对复杂,制造费用较高。 径向磁场电机用作直驱风力发电机,大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装,这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低，定子外形尺寸小;也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合,定子电枢安装在静止轴上,这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点,缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输［1]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。
桨叶可变风力发电机设计说明
可再生能源论文 题目:桨叶长度可变风电机的理论猜想与初步设计 姓名：涛 学号：3120206016 院系：能源与动力工程学院 专业：工程热物理及节能减排 任课教师：左然 二〇二〇年五月二十九日 一、绪论 （一）研究背景
风能是一种无污染、可再生的清洁能源。早在公元前200年，人类就开始利用风能了。提水、碾米、磨面及船的助航都有风能利用的记载。自第一次世界大战之后，丹麦仿造飞机螺旋桨制造二叶和三叶高速风力发电机发电发电并网并使用直至现在，风力发电机经历了近百年的发展历程。20世纪80年代之后，世界工业发达国家率先研究、快速发展风力发电机，建设了风电场。现在风力发电机制造成本不断下降，已接近水力发电机的水平，制造及使用技术也日趋成熟。20世纪末，世界每年风电装机容量已近20%的增长速度发展，风电成为世界诸能源中发展最快的能源。如果在总面积0.6%的地方安装上风力发电机，就能提供全部电力消耗的20%，可以关闭供电力20%的以燃烧煤、重油等碳氢化合物为燃料而排放2 SO、2 CO和烟尘对大气和地球环境造成污染和破坏的火电厂，这对于雾霾日益严重的当下有重大意义。 （二）国外发展 2012 年新增风电装机容量最多的10个国家占世界风电装机的87%。与2007 年相比，美国保持第1 名，中国超过西班牙从第3 名上升到第2 名，印度超过德国和西班牙从第5名升至第3 名，前3 名的国家合计新增装机容量占全世界的60%[4]。根据世界风能协会的统计，2012 年全世界风电装机容量新增约2726 万kW，增长率约为29%。累计达到1.21 亿kW，增长率为42%，突破1 亿kW 大关。风电总量为2600 亿kWh，占全世界总电量的比例从2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。尽管风电的发展仍然存在着很多困难，如电网适应能力、风能资源、海上风电发展等，但相比于常规能源，经济性优势逐步凸显，世界各国都对风电发展充满了信心。例如，欧美都公布了2030 年风电满足20%甚至更多电力需求的宏大目标，这也为全球风电的长期发展定下了基调。从国际能源署（IEA）2012 年颁布的《2050 年能源技术情景》判断，2012-2050年，全球风电平均每年增加7000 万千瓦，风电将成为一个庞大的新兴电力市场。 我国是世界上风力资源占有率最高的国家之一，同时也是世界上最早利用风能的国家之一。据资料统计，我国10 m 高度层风能资源总量为3226GW，其中陆上可开采风能总量为253GW，加上风力资源，我国可利用风力资源约为1000GW。如果风力资源开发率可达到60%，仅风电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。我国利用风电起步较晚，和世界上风电发达国家如德国、美国、西班牙等相比还有很大差距。风电是20 世纪80 年代开始迅速发展起来的，初期研制的风机主要是1kW、10kW、55kW、220kW 等小型风电机组，后期开始研发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛应用。（三）发展中存在的问题 风能是一种能量密度低、稳定性较差的能源。由于风速、风向随机变化，引起叶片攻角不断变化，导致风电机组的效率和功率的波动，并使传动力矩产生振荡，影响电能质量和电网稳定性。随着风电技术的发展，现在许多风电机组采用了变桨矩调节技术，其叶片的安装角可以根据风速的随机变化而改变，气流的攻角在风速变化时可保持在一个比较合理的围，从而有可能在很大的风速围保持较好的空气动力学特性，
永磁风力发电机仿真
（ 二〇一四年三月 风力发电系统综合设计 风力发电系统综合设计 题 目：5KW 永磁风力发电机仿真 学生姓名：xxxx 学 院：电力学院 系 别：电力系 专 业：风能与动力工程 班 级：x x x x 指导教师：xxxx
一、设计要求 对5KW永磁同步风力发电机进行仿真，要求查阅相关资料，选取合适的风机数据，通过MATLANB进行仿真，实现并网，并且各方面数据复合并网要求。 本设计开发的风力发电价为5KW直驱式永磁风力发电机，通过掌握电机设计的原理特点，熟悉永磁电机基本原理和应用，完成并设计出5KW永磁式风力发电机，完成后，并对 设计的电机进行各性能的计算，从而得出符合本设计的要求。 二、基本原理 在风力发电风力发电领域基于双馈感应发电机与PMSG的风电系统应用最为广泛。由于PMSG风电系统具有运行效率高、调速范围宽等优点, 且无需齿轮箱、滑环与电刷等，已成为大功率、海上风电领域极具潜力的发展方向。 5K永磁同步发电机是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电 机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去驱型风力发电机齿轮箱这一传统部件。 直驱风力发电机的优点是： 由于零件和系统的数量减少，维修工作量大大降低。最近开发的直驱机型多数是永磁同步发电机，不需要激磁功率，传动环节少，损失少，风能利用率高。运动部件少，由磨损等引起的故障率很低，可靠性高。采用全功率逆变器联网，并网、解列方便。采用全功率逆变器输出功率完全可控，如果是永磁发电机则可独立于电网运行。 直驱风力发电机的缺点是： 是由于直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连接，各种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。同时，为了提高发电效率，发电机的极数非常大，通常在100极左右，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整机吊装维护。发电机尺寸大、重量大，运输、安装比较困难。 三、设计内容 1、永磁同步风力发电机结构原理 永磁同步发电机从结构上分有外转子和内转子之分。磁极在外转子内圆上，内定子嵌有三相绕组。如图1 其转子磁路结构多为切向式转子磁路结构，径向式转子磁路结构、混合式转子磁路结构、轴向式转子磁路结构。
永磁同步电机基础知识
(一) P M S M 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2) 不考虑涡流和磁滞损耗； 3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波； 4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： (l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示: 其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。 (2)d/q 轴磁链方程： 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项 倍。 (3)转矩方程： 把它带入上式可得: 对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转 子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若Ld=Lq ，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为： 这里，t k 为转矩常数，32 t f k p ψ=。 (4)机械运动方程： 其中，m ω是电机转速，L T 是负载转矩，J 是总转动惯量(包括电机惯量和负载惯量)，B 是摩擦系数。 (二) 直线电机原理 永磁直线同步电机是旋转电机在结构上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开，然后将电机展开成直线，由定子演变而来的一侧称为初级，转子演变而来的一侧称为次级。由此得到了直线电机的定子和动子，图1为其转变过程。
风力发电机毕业设计正文
中国矿业大学 风力发电机毕业设计（含程序）
第一章绪论 4 1．1 引言 (4) 1．2 国内外风力发电技术的研究现状 (4) 1．3 风力发电机组控制技术概述 (6) 1．3．1 风力机定桨距控制技术 (6) 1．3．2 风力机变桨距控制技术 (6) 1．4 本课题的研究目的和意义 (7) 1．5 本文的主要研究工作 (7) 1．6 本章小结 (8) 第二章风力发电机的控制理论9 2．1 引言 (9) 2．2 风力发电机组的组成 (9) 2．3 风力发电机组空气动力学理论 (10) 2．3．1 风力发电机组空气动力学理论基础 (10) 2．3．2 风力机风轮空气动力学分析 (13) 2．4 风力机变桨距调节原理 (15) 2．4．1 变桨距控制理论简述 (15) 2．4．2 变桨距风力发电机组的运行状态 (17) 2．5 本章小结 (18) 第三章变桨系统的总体方案及机械机构设计19 3．1 风力发电的工作状态分析 (19) 3．2 现有的几种变桨系统比较 (20) 3．3 总体方案的设计 (21) 3．4 方案的选取 (22) 3．5 变桨系统的机构设计 (22) 3．5．1 轮毂 (23) 3．5．2 变浆轴承 (24) 3．5．3 变浆齿轮箱 (26) 3．5．4 电机 (27) 3．5．5 UPS (33) 3．5．6 变浆中心润滑系统 (36) 3．5．7 润滑剂 (38) 3．6 本章总结 (39) 第四章变桨控制系统的硬件和软件的设计40 4．1 变桨系统的功能概述 (40) 4．2 变桨距系统的控制原理 (40) 4．2．1 变距控制 (41) 4．2．2 转速控制A（发电机脱网） (41) 4．2．3 速度控制B（发电机并网） (42) 4．2．4 功率控制 (42) 4．3 控制系统实现方案 (47)
永磁同步风力发电机的原理和应用
永磁同步风力发电机的原理和应用 我国风能资源丰富，可开发的风能潜力巨大。根据有关资料，我国陆地风能资源可开发量23.8亿千瓦，海上风能资源可开发量约2亿千瓦。我国风能资源比较集中，“三北”地区（华北、东北和西北）以及东南沿海地区、沿海岛屿潜在风能资源开发量约占全国的80%。风能资源与煤炭资源的地理分布具有较高的重合度，与电力负荷则呈逆向分布。 近日，一款拥有自主知识产权，最大功率为2.5MW的高速永磁同步风力发电机在南车株洲电机有限公司成功下线。该发电机具有效率高、体积小、结构紧凑、成本低、可靠性高、维护量小等诸多优点，采用全功率变流控制，使机组具有良好的低电压穿越性能；该发电机与直驱型永磁同步风力发电机相比，体积大大减小、重量大大减轻，特别是磁钢用量大大减少，在稀土价格居高不下的今天，该产品的高性价比优势更加突出，具有很好的市场前景。该发电机的成功研制标志着我国企业已具备自主研发具有国际先进水平高速永磁同步风力发电机的能力。 “十二五”时期，我国风电装机容量占发电总容量比例将进一步加大，出于电网安全考虑，风电机组必须在“低电压穿越”保障下“御风而行”。据中国国家发改委能源研究所有关人士透露，2020年陆地风电的成本将与煤电持平，之后风电将逐步脱离国家补贴，“降低成本”也成为风电行业未来发展面临的新的“瓶颈”。南车株洲电机有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步风力发电机，实现了发电机低成本制造，使机组极易实现低电压穿越，在国内处于技术领先水平。 永磁同步风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点成为继双馈感应风电机组之后的又一重要风力发电机型受到广泛关注，并逐渐
风力发电机设计
摘要 自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。 风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。 本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。 关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱
Abstract Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration. Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times. Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution. Key words: wind power；wind power generators；blade；wheel；Gearbox
永磁直驱式风力发电机的工作原理
-- 你好，你的这个问题问的比较广。我大概给你阐述下,对于现在国内国外大型水平轴风力发电机组，有双馈机和永磁直驱发电机。 永磁直驱发电机顾名思义是在传动链中不含有增速齿轮箱。?总所周知，一般发电机要并网必须满足相位、幅频、周期同步。而我国电网频率为５０hｚ这就表示发电机要发出50hz 的交流电。学过电机的都知道。转速、磁极对数、与频率是有关系的n＝6０f/ｐ。?所以当极对数恒定时，发电机的转速是一定的。所以一般双馈风机的发电机额定转速为1800r/mi ｎ。而叶轮转速一般在十几转每分。这就需要在叶轮与发电机之间加入增速箱。 而永磁直驱发电机是增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降,这样就不需要增速齿轮箱，故名直驱。而齿轮箱是风力发电机组最容易出故障的部件。所以，永磁直驱的可靠性要高于双馈。?对于永磁直驱发电机的磁极部分是用钕铁硼的永磁磁极，原料为稀土。?风轮吸收风能转化为机械能通过主轴传递给发电机发电，发出的电通过全功率变流器之后过升压变压器上网。?不知道有木有解释清楚。 还有什么不清楚可以继续追问,知无不言。 风力发电机也在逐步的永磁化。采用永磁风力发电机,不仅可以提高发电机的效率,而且能在增大电机容量的同时，减少体积，并且因为发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环等易耗机械部件,提高了系统的可靠性,这也是风电发电机的发展趋势之一。?风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。目前大多风电系统发电机与风轮并不是直接相连,而是通过变速齿轮相连，这种机械装置不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本,而且容易出现故障，是风力发电急需解决的瓶颈问题。直驱式风力发电机可以直接与风轮相连,增加了系统的稳定性，同时增大了电机的体积和设计制造以及控制的难度。直驱型风力发电系统是采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电,通过功率变换电路将电能转换后并入电网，相对于双馈型发电系统，直驱式发电机采用较多的极对数，使得在转速较低时，发电机定子电压输出频率仍然比较高，完全可以在电机的额定等级下工作,并且其定子输出电压通过变流器后再和电网相接,定子频率变化并不会影响电网频率。在直驱风力发电系统中风机与发电机直接耦合，省去了传统风力发电系统中的国内难以自主生产且故障率较高的齿轮箱这一部件，减少了发电机的维护工作，并且降低了噪音。另外其不需要电励磁装置，具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。 直驱永磁发电机与双馈异步发电机技术相比，由于不需要转子励磁,没有增速齿轮箱,效率要比双馈发电机高出20%以上，年发电量要比同容量的双馈机型高; 增速齿轮箱故障较高,维护保养成本高,直驱永磁发电机不需要齿轮箱,易于维修 保养;直驱永磁发电机采用全功率的交-直-交变频技术，与电网隔离，具有低电压穿越能力,对电网友好;?直驱永磁发电机的缺点是稀土永磁材料成本高,导致整机成本相对较高，永磁材料在高温、震动和过电流情况下,有可能永久退磁，致使发电机整体报废,这是直驱永磁发电机的重大缺陷。 --