直驱式永磁同步风力发电机概述
直驱式永磁同步风力发电机概述
永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。
一、永磁同步发电机的特点
1.与传统电励磁同步发电机比较
同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电
流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n
0=60f/p，其中n
为同步转速，p为极
对数。现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。
永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：
（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。
（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。
（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。
（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。
（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。
（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。
（7）永磁体存在退磁的可能。
目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机
等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。
2.与非直驱式双馈风力发电机比较
虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统在大型风力发电机组中的占比将逐步上升。在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下，大型风力发电机组越来越多地采用直驱式永磁同步发电机。
直驱式永磁同步风力发电机相对于传统的双馈风力发电机的优点是：
（1）系统取消了齿轮箱装置，结构得到极大的简化，降低了系统的维护率和故障率。当功率等级达到3MW后，齿轮箱的制造和维护将会遇到极大的困难，因此直驱式永磁风力发电系统为单机容量向更高功率等级发展打下了良好的基础。
（2）永磁同步风力发电机省去了维护率和故障率都较高的滑环和电刷等装置，提高了机组的可靠性，降低了噪声。
（3）利用变速恒频技术可以进行无功功率补偿；直驱式永磁同步发电机与全功率变流器的结合可以显著改善电能质量，减轻对低压电网的冲击。
（4）直驱式永磁同步发电机不从电网吸收无功功率，无需励磁绕组和直流电源，效率高。
（5）与双馈型机组（变流器容量通常为1/3风力发电机组额定功率）相比，直驱式永磁同步发电机采用全功率变流器将电网与发电机隔离，有利于实现风力发电系统的故障穿越。
直驱式永磁同步风力发电机也存在如下缺点：①采用的多极低速永磁同步发电机，电机直径大，制造成本高；②机组设计容量的增大给发电机设计、加工制造带来困难；③定子绕组绝缘等级要求较高；④采用全容量逆变装置，功率变换器设备投资大，增加控制系统成本；⑤由于结构简化，使机舱重心前倾，设计和控制上难度加大。
还有一种半直驱式发电机，结构与一般直驱式永磁发电机类似，只是极数相对较少，且需使用齿轮箱进行少量增速，由于极数较少的发电机与增速不大的低速齿轮箱制造维护都较方便，成本相对低廉，故采用半直驱式发电机加低速齿轮箱也是一种折中的方案。
二、永磁同步发电机的类型
永磁同步发电机按照其磁通方向可分为径向磁通发电机、轴向磁通发电机以及横向磁通发电机。
1.径向磁通发电机
在径向磁通发电机中导体电流呈轴向分布，磁通沿径向从定子经气隙进入转子，这是最普通的永磁发电机形式。它具有结构简单、制造方便、漏磁小等优点。径向磁场永磁发电机可分为永磁体表贴式和永磁体内置式两种，其发电机结构类型如图6-1所示。径向磁场发电机用作直驱式风力发电机，大多为传统的内转子设计［图6-1（a）］，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芯通风散热好，温度低，定子外形尺寸小。还有一些为外转子结构设计［图6-1（b）］，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等优点，缺点是对电枢铁芯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。径向磁通发电机结构简单、稳定，应用广泛，多数低速直驱式风力发电机都采用径向磁通结构。
图6-1 径向磁通发电机结构
2.轴向磁通发电机
轴向磁通发电机结构类型如图6-2所示，轴向磁通发电机的绕组物理位置被转移到端面，发电机的轴向尺寸相对较短。与径向磁通发电机相比，轴向磁通发电机的磁路长度更短。发电机中导体电流呈径向分布，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［图6-2（a）］，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。还有一种不常用的单定子结构，在永磁体结构轴向不对称时［图6-2（b）］存在单边磁拉力，如果磁路设计不合理，其漏磁通较大，在等电磁负荷下效率略低。
图6-2 轴向磁通发电机结构
3.横向磁通发电机
横向磁通发电机的结构如图6-3所示，其磁路方向为转子的轴向方向。横向磁通发电机电枢绕组与主磁路在结构上完全解耦，可以根据需要调整磁路尺寸和线圈窗口来确定电机的电磁负荷，不存在传统电机在增加气隙磁通与绕组电流密度之间结构上的相互制约关系，从而获得较高的转矩密度，缺点是电机结构复杂，制造成本高。
图6-3 横向磁通发电机结构
这种发电机可以做成具有很多极对数的电机，且操作上可同时具有同步电机和永磁电机的特点，适用于直驱式风力发电。但是，横向磁通发电机的控制很复杂。此外，发电机气隙磁通是非正弦的，当发电机的转子转动时，磁路的变化是连续的、非线性的。这导致对这种电机进行设计分析的难度加大，给机组制造带来了很大困难。因此这种电机是否能够在风力发电系统中运行还有待进一步的深入研究。
三、直驱式永磁同步风力发电机组
图6-4是一个典型的直驱式永磁同步发电机组组成示意图。直驱式永磁同步风力发电机组有多种形式，当前工业上应用的直驱式永磁同步发电机组主要采用全功率变流器，归纳起来主要有以下四种形式。
图6-4 直驱式永磁同步发电机组
1.机侧采用不可控整流，网侧采用PWM逆变
采用不可控整流的永磁直驱变流器如图6-5所示，发电机定子输出端接三相二极管整流桥进行不可控整流，直流侧釆用电感电容滤波，网侧逆变器把直流侧电能逆变成工频交流电馈入电网。这种方式只有当发电机线电压的峰值高于直流母线电压时发电机才能馈出电能，而直流母线电压的最小值由电网电压决定，因此发电机运行电压需设计较高的输出电压，这对变流器所使用的电力电子器件耐压提出很高的要求，导致系统成本大大增加，降低了整机效率。由于釆用二极管不可控整流，能量不能双向流动；同步发电机不可控，最大功率跟踪不易实现。而且发电机定子电流存在很大的低次谐波成分，发电机的铜耗和铁耗较大，降低了发电机的效率。这种拓扑结构缺陷明显，很少采用。
图6-5 采用不可控制整流的永磁直驱变流器
2.机侧釆用不可控整流+boost升压，网侧釆用PWM逆变
采用不可控整流+boost升压的永磁直驱变流器如图6-6所示，能量经由不可控AC/DC变流器到达直流侧，风速的变化导致直流侧电压的波动，采用升压变流器将DC/AC变流器直流母线侧电压稳定控制，然后通过DC/AC变流器逆变并入电网。这种电路结构的成本较低，但是它不具备四象限运行的能力，且发电机侧由于不可控整流导致谐波增大，影响电机运行和效率，因而在运行中受到很大的限制。并且当系统功率较大时，大功率的boost升压电路设计困难。但是，这种拓扑结构因为成本相对较低，在当前直驱式风力发电工程中得到较多应用。
图6-6 采用不可控制整流+boost升压的永磁直驱变流器
3.机侧釆用相控整流，网侧采用PWM逆变
机侧采用相控整流的永磁直驱变流器如图6-7所示，这种方式与前两种方式相比，由于晶闸管的导通时间可以通过触发角控制，一定程度上抑制了电流，防
止直流母线过压，实现机侧可控，成本较低。但是机侧低次谐波较大的缺点依然没有改善。因此实际系统中这种拓扑结构也很少采用。
图6-7 机侧采用相控整流的永磁直驱变流器
4.采用具备四象限运行能力的背靠背双PWM变流器控制的功率变流器
背靠背双PWM控制的永磁直驱变流器如图6-8所示，同二极管不可控整流相比，机侧变流器采用PWM整流可以大大减少发电机定子电流谐波含量，从而降低发电机的铜耗和铁耗，并且PWM变流器可提供几乎为正弦的电流，减少了发电机侧的谐波电流。通过控制系统的控制，可以将永磁同步发电机发出的变频变幅值电压转化为可用的恒频电压，并达到俘获最大风能的目的。这也是一种技术最先进、适应范围最为广泛、代表目前发展方向的拓扑结构。
釆用背靠背双PWM变流器直驱式永磁同步风力发电机，由风力机、永磁同步发电机、背靠背双PWM变流器和滤波电路组成。永磁同步发电机的转子不接齿轮箱，直接与风力机相连。定子绕组经过四象限变流器和电网相连。背靠背双PWM 变流器由机侧变流器和网侧变流器组成，可实现能量双向流动，机侧变流器可实现对永磁同步发电机的转速/转矩进行控制，网侧变流器实现对直流母线进行稳压控制。
图6-8 背靠背双PWM变流器控制的永磁直驱变流器
直驱式永磁同步风力发电机概述
直驱式永磁同步风力发电机概述 永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。 一、永磁同步发电机的特点 1.与传统电励磁同步发电机比较 同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电 流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n 0=60f/p，其中n 为同步转速，p为极 对数。现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。 永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点： （1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。 （2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。 （3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。 （4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。 （5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。 （6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。 （7）永磁体存在退磁的可能。 目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机
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/min。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。
直驱风力发电机分类
直驱风力发电机分类 直驱式风力发电机组在我国是一种新型的产品，但在国外已经发展了很长时间。目前我国在直驱式风机中系统的研究相对传统机型较少，但开发直驱式风力发电机组也是我国日后风机制造的趋势之一。 直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。另外一些无齿轮箱直驱风力发电机，沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。 我国主要的直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下：（1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率； （2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率； （3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音； （4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本； （5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率； （6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿； （7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。
永磁式硅整流风力发电机设计 小型永磁式硅整流风力发电机，由于采用了永磁体励磁，省去了碳刷、滑环及励磁绕组，避免了碳刷与滑环引起的火花放电，且工艺简单、维护方便、效率较高。但由于永磁式发电机的磁场无法人工调节，在电机制成之后，输出电压随风速(转速)的变化而波动。而其所带负载—蓄电池及用电设备则要求供电电压恒定不变。当供电电压较低时，对蓄电池无法充电，用电设备无法长期工作，而当电压超过额定值较多时，则会造成蓄电池的过充损伤，降低使用寿命，严重的可能烧坏用电设备。图1表示风力发电机输出电压对12V灯泡发光强度及使用寿命的关系特性。
直驱式风力发电机知识
是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数 以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点 直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），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，免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。 直驱式（无齿轮）风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。 1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。 目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合推出的2.5兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出1.5兆瓦直驱式风力发电机。 编辑本段直驱永磁风力发电机组特点 直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点[1]： 1.发电效率高：直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。 2.可靠性高：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。同时，机组在低转速下运行，旋转部件较少，可靠性更高。
直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述
直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间 根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。风力发电机组运行区域如图7-1所示。 图7-1 风力发电机组运行区域 （1）停机模式。风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。 （2）最佳叶尖速比运行区。即第②区间，即图7-1的AB区间。当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C 恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p 态。
（3）恒转速运行区间。即第③区间，即图7-1的BC区间。为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使C p 值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。 （4）恒功率运行区间。即第④区间，即图7-1中的CD段。当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。为了使整个机组稳定运行，这时需要调节风力机桨距角，使风能利用系数减小，保持发电机的输出功率为额定值不变，此时风力机工作在功率恒定区。 上面第②、③、④风速区间反映到发电机转速，可用如图7-2所示的3个工作区表示。 图中，v c 为切入风速，v b 为风机额定风速，v r 为发电机额定转速，v f 为切出 风速。 工作区2：v c ＜v＜v b ，变速，最佳叶尖速比工作区。 工作区3：v b ＜v＜v r ，恒速，可变叶尖速比工作区。 工作区4：v r ＜v＜v f ，变速，恒功率工作区。
永磁直驱式风机
永磁直驱式风机 国内风力发电机主要包括永磁直驱风机和双馈风机两种。两者的最大区别在于不同的传动、发电结构。以下通过分析风机的主要结构特性来比较两者的优劣势： 特性永磁直驱式和 双馈式风机比较 分析 电网兼容性永磁直驱风机更强， 永磁直驱风机具备较强电容补偿、低电压穿 越能力，对电网冲击小 维护成 本 永磁直驱风机更低永磁直驱风机省去齿轮箱维修费用 空气动力学性能永磁直驱式受风速限制较 小 永磁直驱风机通过电磁感应原理发电，在额 定的低转速下输出功率较大、效率较高 噪音永磁直驱风机噪音更低永磁直驱风机省去了齿轮箱，噪音低 效率永磁直驱风机效率更高，发 电效率平均提高5-10% 双馈式风机支持齿轮箱工作，本身也耗电 运输难度永磁直驱风机运输难度更 大 永磁直驱风机体积较大，运输难度更大 电控要 求 永磁直驱风机要求更高永磁直驱风机省去齿轮箱，全功率逆变 改进空间永磁直驱风机改进空间更 大 永磁直驱风机技术较新，电子化程度高 相较于双馈式电机，永磁直驱风机更能适应低风速，且能耗较少、后续维护成本低。此外，永磁直驱风机的应用对于我国具有更加重要的意义，我国低风速的三类风区占到全部风能资源的50%左右，更适合使用永磁直驱式风电机组。综合来看，永磁直驱风机将是我国风力发电机未来发展趋势。我国企业拥有直驱风机的自主知识产权，结合《关于风电建设管理有关要求的通知》中风机国产化率要求及我国风机应用领域逐步扩展至低风速区域的要求，我们预计，我国永磁直驱风机占全国新增风机的比例不断提高。预计至2014年，我国永磁直驱风机产量将达到4000台，占2014年新增风机总量53%，其中1.5兆瓦永磁直驱风机和2.5兆瓦永磁直驱风机各占50%。
直驱式风力发电机原理及发电机组概述
直驱式风力发电机原理及发电机组概述 二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，而风力机转速较低，小型风力机转速约每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转，必须通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。下图是一台采用齿轮箱增速的水平轴风力发电机组的结构示意图。 使用齿轮箱会降低风力机效率，齿轮箱是易损件，特别大功率高速齿轮箱磨损厉害、在风力机塔顶环境下维护保养都较困难。不用齿轮箱用风力机浆叶直接带动发电机旋转发电是可行的，这必须采用专用的低转速发电机，称之为直驱式风力发电机。近些年直驱式风力发电机已从小型风力发电机向大型风力发电机应用发展，国内具有自主知识产权的2MW永磁直驱风力发电机已研制成功，据报道目前国外最大的风力发电机组已达7MW，是直驱式发电机组。 低转速发电机都是多极结构，水轮发电机就是低速多极发电机，风力机用的直驱式发电机也有类似原理构造，一种多极内转子结构，只是要求在结构上更轻巧一些。
近些年高磁能永磁体技术发展很快，特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱式发电机中得到广泛应用。采用永磁体技术的直驱式发电机结构简单、效率高。永磁直驱式发电机在结构上主要有轴向与盘式结构两种，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；还有开始流行的双凸极发电机与开关磁阻发电机。 下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。其定子与普通三相交流发电机类似，转子由多个永久磁铁构成。 外转子永磁直驱式风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁軛构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。本栏有对外转子直驱式风力发电机的专门介绍，下图是一个外转子直驱式风力发电机组的结构示意图。
直驱型风力发电系统概述
直驱型风力发电系统概述 1引言 随着风电机组单机容量的增大，双馈型风电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生；从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统将逐步在大型风电机组中占有更大比例，另外在传动系统中采用集成化设计和紧凑型结构是未来大型风电机组的发展趋势。在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下，大型风 电机组越来越多地采用pmsg, pmsg不从电网吸收无功功率，无需励磁绕组和直流 电源，也不需要滑环碳刷，结构简单且技术可靠性高，对电网运行影响小。pmsg与全功率变流器结合可以显著改善电能质量，减轻对低压电网的冲击，保障风电并网 后的电网可靠性和安全性，与双馈型机组（变流器容量通常为1/3风电机组额定功率）相比，全功率变流器更容易实现低电压穿越等功能，更容易满足电网对风电并 网日益严格的要求［1-2］。 中国风电行业发展迅速，但与国际发展水平还有很大差距，目前主要依靠进口，对外依赖性强；基于pmsg和背靠背双pwm变流器的直驱型风电系统是一种发展很快的技术，具有优良的性能，国外大型风电厂商已有成熟的直驱风电产品，国内在理论研究与产品性能方面，都还亟需提高与改进，因此很有必要对其涉及的关键技术进行研究。 2直接驱动型风力发电系统介绍 图1是典型的永磁直驱型变速恒频风力发电系统，包括永磁同步发电机（pmsg和 全功率背靠背双pwm变流器，无齿轮箱。pmsg通过全功率变流器直接与电网连接，通常极对数较多，低转速，大转矩，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，呈圆环状；由于省去了齿轮箱，从而简化了传动链，提高了系统效率，降低了机械噪声，减小了 维修量，提高了机组的寿命和运行可靠性；发电机通过变流器与电网隔离，因此其应对电网故障的能力更强，与dfig风电系统相比，更容易实现低电压穿越功能。 但是永磁材料目前的成本仍然较高；变流器容量较大，损耗较大，变流器的成本较高。理论上永磁体在高温时存在失磁的风险，但是近年来随着永磁材料性能的不断提高、价格的下降，pmsg+全功率变流器已经成为一种很有吸引力和应用前景的方案［3-4］。目前，zephyros, mitsubishi ，新疆金风等在市场上有这类产品。 电机侧丰换器 JtA jA J A d t L r__ZVYY^ 图1永磁直驱型变速恒频风力发电系统 针对图1的pmsg直驱型风电系统，还可以采用电励磁同步发电机（electrically excited synchronous generator ，eesc），通常在转子侧进行直流励磁。使用eesc 相比使用pmsg的优势在于，转子励磁电流可控，可以控制磁链在不同功率段获得最 电问
永磁同步直驱式风电机zw_wz
试比较永磁同步直驱式和双馈感应式风电机组的结构、造价、适用场合和工作特性以及工作原理的不同。 结构 直接驱动式永磁风力发电系统结构如下图，风轮机直接祸合永磁风力发电机，发电机输出由可控硅整流后，再经逆变器将能量发送给电网或蓄电池。双馈结构：叶轮—主轴—齿轮箱—连轴器—发电机（变流器—滑环—转子）—电网 工作原理及工作特性 直驱系统主要由风力机(这里概括为：叶片、轮毂、导航罩)、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。就空间位置而言，交流器和风机总控系统一般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。系统中能量传递和转换路径为：风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风力机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化而变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电网同步的可控电能并馈入电网，从而最终实现直驱系统的发电并网控制。直接驱动型采用多极异步电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，从而免去了齿轮箱这一传统部件。Mw级的风力发电机一般需采用3级齿轮增速，将风力机的转速由每分钟数十转增至上千转，齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪声，而且由于机械磨损需要润滑清洗等定期维护，往往成为系统机械故障的重要来源。取消增速机，采用风力机直接驱动的发电机对于提高系统效率和运行可靠性具有重要意义。直接驱动式发电系统必须采用超低速的发电机。当发电机输出电压频率不变时，电机绕组的极数与转速成反比，而电机电磁功率与转速成正比，如果保持与高速电机具有相同的额定功率，直接驱动低速发电机就必须有较多的极数和较大的体积，因此，就提高了发电机的制造成本。此外，低速发电机由于极数很多而受其铁芯尺寸和槽数所限，每极每相槽数过少而无法采用正常的分布和短距绕组，致使发电机的输出电压、电流波形含有较大的谐波分量，给发电机绕组设计带来很大困难。 双馈式发电机是变速运行风电系统的一种，包括风力机、齿轮箱、感应发电机、PWM 变频器和直流侧电容器等。双馈机的定子与电网直接连接，转子通过两个变频器连接到电网，机组可在较大速度范围内运行，与电网之间实现能量双向传输。当发电机运行在超同步速度时，发电机定子和转子同时向电网输送能量；而当运行在亚同步速度时，电网通过变频器向转子输送功率。直流侧电容器的作用是维持直流母线电压恒定。与恒速风力机不同，其功率控制方式为变桨距控制，即桨叶节距角随着风速的改变而改变，从而使风力机在较大范围内按最佳参数运行，以提高风能利用率。当风速增大到额定值以上时，叶片与轮毂问的轴承机构转动使叶片桨距角增大，攻角减小，从而减小翼型的升力，达到控制风力机叶片的扭
永磁同步发电机的结构
永磁同步发电机的结构 直驱式永磁发电机在结构上主要有轴向与盘式两种结构，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；另外还有双凸极发电机与开关磁阻发电机。 一、内转子永磁同步发电机 1.结构模型 图6-9为内转子永磁同步风力发电机组的结构模型。与普通交流电机一样，永磁同步发电机也由定子和转子两部分组成，定子、转子之间有空气隙，转子由多个永久磁铁构成。图6-10为内转子永磁同步发电机的结构模型。 图6-9 内转子永磁同步风力发电机组的结构模型
图6-10 内转子永磁同步发电机的结构模型 2.定子结构 永磁同步发电机的定子铁芯通常由0.5mm厚的硅钢片制成以减小铁耗，上面冲有均匀分布的槽，槽内放置三相对称绕组。定子槽形通常采用与永磁同步电动机相同的半闭口槽，如图6-11所示。为有效削弱齿谐波电动势和齿槽转矩，通常采用定子斜槽。 定子绕组通常由圆铜线绕制而成，为减少输出电压中的谐波含量，大多采用双层短距和星形接法，小功率电机中也有采用单层绕组的，特殊场合也采用正弦绕组。 3.转子结构 由于永磁同步发电机不需要起动绕组，转子结构比异步启动永磁同步电动机简单，有较充足的空间放置永磁体。转子通常由转子铁芯和永磁体组成。转子铁芯既可以由硅钢片叠压而成，也可以是整块钢加工而成。 根据永磁体放置位置的不同，将转子磁极结构分为表面式和内置式两种。表面式转子结构的永磁体固定在转子铁芯表面，结构简单，易于制造。内置式转子结构的永磁体位于转子铁芯内部，不直接面对空气隙，转子铁芯对永磁体有一定的保护作用，转子磁路的不对称产生磁阻转矩，相对于表面式结构可以产生更强
永磁直驱式风力发电机的工作原理
永磁直驱式风力发电机的工作原理 概述 风力发电是一种绿色、可再生的能源形式，近年来逐渐受到人们的重视，并已 经成为了不同国家的电力部门战略的一部分。最新的风力发电机设计中普遍采用永磁直驱式风力发电机作为核心动力。本文将介绍永磁直驱式风力发电机的工作原理。 永磁直驱式风力发电机 永磁直驱式风力发电机简单来说就是将风能转化成电能的装置，它通过天线承 受风力并转化为动能，转化后的能量被永磁直驱电机接收并被转换为可用的电能。那么它是如何工作的呢？下面是详细解释。 工作原理 永磁直驱式风力发电机利用叶轮旋转过程中的风能驱动转子旋转，发电机将叶 轮的旋转转换为磁场的旋转，通过系统上的电路转变成直流电并输出。 磁场的产生 永磁体作为最基本的部分，它产生的磁场为转子在正常工作时的磁场。对于永 磁直驱式风力发电机，主要采用了永磁体的磁场以产生转矩、增大效率。 在转子内部固定有许多磁钢，其成对固定在转子和定子上的相邻表面，形成有 序且闭合环路的磁力线。磁场的产生使得产生能量和承载载荷的磁力线逐渐发生变化，从而增加或减小空间磁场的强度。 磁场的转化 将空间磁场转换为电力的方式很简单，利用部分转子上的线圈共同作用于磁场时，会产生一个电动势，然后流经线圈释放出的能量就作为输出电能传输至整个风力电站的主轴。 线圈位置设计 在直驱发电机中，由于转子上的线圈应该共同作用于磁场，因此它们应该被两 两固定在相对位置。这样，就能产生一个比较强大而稳定的磁场。对于风力发电机中的整个系统，转子中线圈的数量应该根据总发电机负载确定。
永磁直驱式风力发电机的运行是由风轮将风能转换为机械能，进而通过驱动永磁直驱电机的转子带动电机作业的。转子的磁铁产生的磁场信息被转换成电动势以及电流，这些能量被输出到电池组上再进入电网供应电量。理解永磁直驱式风力发电机的工作原理至关重要，他对于整个系统的运行效率和能量获取能力都具有重要的影响。
直驱式风力发电技术及其发展 许磊
直驱式风力发电技术及其发展许磊 摘要：直驱式风力发电是当前风力发电技术的一种极具潜能的发展方向。首先 回顾国内外风力发电的发展情况,在此基础上,分析了风力发电机组技术尤其是直 驱式风力发电机组技术,对直驱式风力发电技术中使用的功率调节方式进行了探讨。对直驱式永磁同步风力发电系统的结构与控制进行了分析,并展望变速风力发电的 发展趋势。 关键词：风力发电；直驱式发电机技术；发展趋势 一、直驱永磁风力发电系统的可靠性基本理论 直驱永磁发电机顾名思义是在传功链中不含有增速齿轮箱，众所周知，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。而电动机转速、磁极对数与频率有一定的关系，所以当极对数不变时，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/min。而叶轮转速一般在十几转每分钟。这就需要在叶轮与发电机 之间加入增速箱。永磁直驱发电机通过增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降，这样就可以达到变速齿轮箱的作用，直接驱动电机转动，故名直驱。而齿轮 箱是风力发电机组最容易出现故障的部件，所以，永磁直取的可靠性要高于双馈。风力发电机也在逐步的永磁化，采用永磁风力发电机，不仅可以提高大电机的效率，而且能在增大电机容量的同时，减少体积，而且由于发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环风力机等容易损耗的机械部件，从而大大提高了系统的可靠性。 二、直驱式风力发电技术的分析 虽然双馈感应风力发电机组研究时间较长，而且是早期就已经大量投入建设 的机组之一，占据目前市场份额的50%以上，主要是由于该类技术具有运行能力 强的特点。但其不足之处也十分明显，例如：发电机组具有较高的转速要求，电 网故障往往容易干扰发电机的正常运行。而直驱式的风力发电机组则具有下列四 个特点： （1）利用磁极对数的增设来降低转子的转速要求，而且无齿轮技术的应用也减少了机械故障的发生概率，有效提高了机组的使用周期，强化机组的稳定性。 （2）因为中介传动部件的精简，有效地优化机组的制备和装配实践，也有利于机械配件制造的材料节约，具有较高的经济效益。 （3）通过永磁体的应用，有效精简机组部件的应用，运行效率和稳定性都有了很大程度的提升。 （4）事实上，永磁机组由于具备较大的外围接触面积，提供良好的散热渠道，便于自然风冷的发生。 从目前主流的两大风力发电机型看，得益于变速恒频系统可以进行桨距角的 有效控制，在较大的风速变动区间类将叶尖速比保持在最佳的状态，实现功率的 最大运行模式。同时，这类技术的应用也极大推动了定桨距恒速恒频逐渐向变桨 距变速恒频的过渡。近几年，由于其他领域技术的发展，使得直驱式发电机的优 势得以进一步凸显，实现跨越式的发展。目前，该技术已经在世界范围内得到了 认可，尤其以德国、丹麦以及美国等在直驱永磁发电技术占据了领先的优势。其 中以挪威所拥有的直驱式发电机组风电场最大，由于配置无齿轮直驱同步风电机组，其效率最大值甚至高达98%。但是该类机组的主要承建企业是德国西门子公司。
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制变桨距是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法。变桨距控制会对所有由风轮产生的空气动力载荷产生影响。直驱式永磁风力发电机组一旦达到额定转矩，载荷转矩就不能继续增加，但风速还在增加，所以转速也开始增加，应用变桨距控制调节转速，使转速不超过上限，并由变流器保证载荷转矩恒定不变。通常PI或PID调节器调节桨距角就可以满足要求，在有些情况下要用滤波器对转速误差进行处理，以防止过度的桨距动作。 一、变速变桨距控制概述 1.基本控制要求 在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能捕捉较多风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速以上时的动力载荷小，也没有必要通过变桨距来调节载荷。 在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组的吸收功率及风轮产生的载荷，使其不超出设计的限定值。而且为了达到良好的调节效果，变桨距应该对变化的情况作出迅速的反应。这种主动控制器需要仔细设计，因为它会与风力发电机组的动态特性相互影响。 随着叶片攻角的变化，气流对风轮的作用力也会随之发生改变，这就会导致风力发电机组塔架的振动。随着风速的增加，为了保持功率恒定，转矩桨距角也随着增加，风轮所受到的力将会减小。这就使塔架的弯曲减小，塔架的顶端就会向前移动引起以风轮为参照物的相对风速的增加。空气动力产生的转矩进一步增加，引起更大的调桨动作。显然，如果变桨距控制器的增益太高会导致正反馈不稳定。 2.主动失速变桨距 在额定风速以下时，桨距角设定值应该设置在能够吸收最大功率的最优值。按照这个原则，当风速超过额定风速时，增大或减小桨距角都会减小机组转矩。减小桨距角，即将叶片前缘转向背风侧，通过增大失速角来调节转矩，使升力减小，阻力增加，称为主动失速变桨距。 尽管顺桨是更常见的控制策略，但是有些风力发电机组采用主动失速变桨距的方法，通常称为主动失速。向顺桨方向变桨距比主动失速需要更多的动态主动
直驱永磁同步风力发电机介绍
直驱永磁同步风力发电机介绍 导语：永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。 永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。永磁风力发电机通常用于变速恒频的风力发电系统中，风力发电机转子由风力机直接拖动，所以转速很低。由于去掉了增速齿轮箱，增加了机组的可靠性和寿命；利用许多高性能的永磁磁钢组成磁极，不像电励磁同步电机那样需要结构复杂、体积庞大的励磁绕组，提高了气隙磁密和功率密度，在同功率等级下，减小了电机体积。 永磁同步发电机从结构上分有外转子和内转子之分。 对于典型的外转子永磁同步发电机结构，外转子内圆上有高磁能积永磁材料拼贴而成的磁极，内定子嵌有三相绕组。外转子设计，使得能有更多的空间安置永磁磁极，同时转子旋转时的离心力，使得磁极的固定更加牢固。
由于转子直接暴露在外部，所以转子的冷却条件较好。外转子存在的问题是主要发热部件定子的冷却和大尺寸电机的运输问题。 内转子永磁同步发电机内部为带有永磁磁极、随风力机旋转的转子，外部为定子铁心。除具有通常永磁电机所具有的优点外，内转子永磁同步电机能够利用机座外的自然风条件，使定子铁心和绕组的冷却条件得到了有效改善，转子转动带来的气流对定子也有一定的冷却作用。另外，电机的外径如果大于4m，往往会给运输带来一些困难。很多风电场都是设计在偏远的地区，从电机出厂到安装地，很可能会经过一些桥梁和涵洞，如果电机外径太大，往往就不能顺利通过。内转子结构降低了电机的尺寸，往往给运输带来了方便。 内转子永磁同步发电机中，常见有四种形式的转子磁路，分别为径向式、切向式、和轴向式。相对其它转子磁路结构而言，径向磁化结构因为磁极直接面对气隙，具有小的漏磁系数，且其磁轭为一整块导磁体，工艺实现方便；而且径向磁化结构中，气隙磁感应强度接近永磁体的工作点磁感应强度，虽然没有切向结构那么大的气隙磁密，但也不会太低，所以径向结构具有明显的优越性，也是大型风力发电机设计中应用较多的转子磁路结构。
永磁直驱风力发电机组并网发电原理
永磁直驱风力发电机组并网发电原理 风力发电是以永磁直驱风力发电机组为基础，利用风力驱动风力发电机组发电，并将其发出的电能接入电网的技术。利用当前的技术，让永磁直驱风力发电机组达到发电要求是可行的。首先，永磁直驱风力发电机组中的永磁发电机的特性是风力直接由风扇驱动，没有外部润滑油，也不需要外部调速设备，能够直接转换风力能量到机械和电能，从而使发电量有更多的可控性。其次，由于永磁直驱风力发电机组的发电特性，它具有较大的输出电力，出力范围宽，发电稳定，调节性强，维护成本低，维修简单的特点，可以满足大规模风力发电系统的发电要求。 永磁直驱风力发电机组的工作原理 永磁直驱风力发电机组是由永磁发电机、叶片、叶轮、结构框架以及其他相关电控设备组成的新型高效发电装置，其工作原理如下：当风向和风速稳定时，风力发电机组中的叶片会受到风力驱动而转动，从而驱动永磁发电机的转子运行。随着转子的转动，永磁发电机的定子上的线圈会感受到变化的磁场，并产生变化的电场，形成交流电能，将其发出的电能接入电网。 永磁直驱风力发电机组的优势 永磁直驱风力发电机组具有多种优势： 首先，永磁直驱风力发电机组的发电量大，发电出力范围广，最大发电量可以达到200兆瓦； 其次，永磁直驱风力发电机组具有较强的发电稳定性，其发电量
可以在一定幅度内控制； 再次，永磁直驱风力发电机组无需外部调速设备，能够直接转换风力能量到机械和电能，具有较强的调节性； 最后，永磁直驱风力发电机组使用简单，维护成本低，工程实施周期短，可以有效提高风能发电的用户参与度。 总结 永磁直驱风力发电机组是一种新型的高效发电装置，它具有较大的输出电力，出力范围宽，发电稳定，调节性强，维护成本低，维修简单等优势，可以高效转换风力能量，满足大规模风力发电系统的发电要求。因此，永磁直驱风力发电机组并网发电技术的发展将对促进风能发电的发展具有重要的作用。
电励磁直驱与永磁直驱发电机的研究
电励磁直驱与永磁直驱发电机的研究 随着社会经济的快速发展，能源问题得到了广泛的关注，风能属于再生能源，它具有清洁、无污染与高效等特点，因此，风力发电系统的发展具有较大的规模，风力发电实现了风能的有效利用。电励磁与永磁直驱发电机作为主要发电机，二者的结构较为简单，效果较高，同时其故障率偏低。本文主要研究了电励磁直驱与永磁直驱发电机，旨在促进风力发电技术的进一步发展，推动风力发电机型的不断创新与改革。 标签：风力发电系统；电励磁直驱发电机；永磁直驱发电机 0 引言 直驱型风力发电机具有一系列的优点，如：低故障率、高可靠性与高传动效率等，在风电领域其发展具有较快的速度。但永磁发直驱型发电机的发展受成本与储量的影响，使电励磁直驱型发电机成为了风力发电的主要趋势。本文对两种机型均进行了研究，旨在促进直驱型发电机的长久与持续发展。 1 风力发电系统的概况 在世界范围内，能源问题直接关系着社会的稳定与经济的发展，在此背景下，可再生能源得到了快速的发展，风能作为清洁能源，其发展得到了广泛的关注。我国对能源的需求与消耗较大，风力发电系统及技术保持着稳定的发展，目前，风力发电机组主要分为两类，以机组的转速是否恒定为依据，分为定速风力发电熊与变速风力发电系统，前者的构成主要包括风力机、变速箱、发电机与并网变压器，该结构具有一定的典型性与简洁性，但其缺点为较低的功率因数，机组的容量扩展较为困难；后者的类型有直驱型、半直驱型与多级增速型，还可以分为全功率变流型与部分功率变流型[1]。 直驱型风力发电系统具有较高的可靠性与较高的效率，但機组的运行转速偏低，机体较大。直驱型主要包括电励磁风力发电系统与永磁型风力发电系统，其中前者与后者相比，前者具备一组励磁装置。 2 电励磁直驱发电机的概况 电励磁直驱风力发电系统的构成主要有风轮机、变流器、风机主控系统、制动器、电励磁同步电机与偏航系统等。该系统的能量流向为：风能向机械能的转化，再由机械能转化为电能，最后电能在变压器的作用下接入电网。风机主控系统主要是以风速的实际情况为依据，保证了风机最大功率点的跟踪，同时，它也负责监控风机的各种故障，如：运行状态与应对系统等。变流器主要是为了控制功率，而变换器为转子绕组提供了直流励磁，通常情况下，变流器为全功率变流器、定子侧变流器与并网逆变器。
直驱永磁同步发电机组在风电中的应用
直驱永磁同步发电机组在风电中的应用 摘要：随着世界各国对环保的不断重视，风能、水利、太阳能等都是最为常用的清洁能源逐渐成为世界各国的重点应用。其中，风能的利用最为简单，施工成本也较小，因此，充分利用风能成为研究热点。本文主要介绍了直驱永磁同步发电机组的基本构成及控制系统，并概述了其在风力发电系统的模型。 关键词：直驱；永磁同步发电；风力发电；应用 1 引言 直驱永磁同步风机风力发电系统的永磁同步发电机采取优化的电机结构，无需使用电刷和滑环使得电机转子在低速度运行状态下发电机仍然可以正常工作，其可以直接通过传动轴将发电机和风轮机直接耦合到轮毂上进而通过叶轮直接驱动发电，不需要额外使用齿轮箱使得发电系统的能量转换效率大大提升，使得发电效率进一步得到提升，由于没有使用齿轮箱，使得发电机的维护成本也大大降低，并且发电系统运行的噪音也很小。此外，永磁发电机的结构比励磁发电机的结构更适合做成多极低速结构，进而可以获得更小的电机转矩，也进一步缩小了电机的体积和质量，提升了发电效率。因此，直驱永磁同步电机系统成为大家的研究热点。 2 直驱永磁同步发电机概述 永磁同步发电机转子是由永磁材料制造而成，其不需要额外增加励磁绕组就可以完成励磁，这就使得永磁同步电机不存在额外的绕组损耗；此外，其可以直接通过传动轴将发电机和风轮机直接耦合到轮毂上进而通过叶轮直接驱动发电，不需要额外使用齿轮箱使得发电系统的能量转换效率大大提升，并且不需要为齿轮箱进行维护，大大降低了维护成本。直驱永磁同步风力发电系统主要包括桨距控制式风力机，其主要用于获取自然环境中风能；永磁同步发电机，其主要将获取的风能转换成电能；全功率变频器，其主要是对生产的电能进行变频处理，以方便进行后续传输；发电控制系统对发电机整个运行系统进行控制，发电机产生的电能通过发电机侧变频器整流后由电容存储再通过电网侧变频器将电能输送给外部电网，以供外部使用。当前风力发电系统主要朝着大型化和变速变桨矩趋势发展，变速恒频的发电技术也成为最为广泛使用的风力发电技术，采用这一该技术的风力发电机组中直驱式永磁同步发电机和双馈式感应异步发电机使用最为普遍。双馈发电机也存在不容忽视的缺点，主要表现在双馈电机的升速齿轮箱效率低、故障率高、维修难度都、运行成本高，其维护保养费用占整个风电设备成本的百分之二十左右。而直驱式永磁同步发电机不需要使用齿轮箱转自则通过永磁材料进行励磁，很好地解决了双馈发电机存在的难题。 3 直驱永磁同步风机风力发电系统模型概述 一般而言，主要在坐标系建立永磁风力发电机系统模型，该坐标系主要用于交流电机的模型建立。电机定子磁链与转子磁链相互吸引产生电机转矩。在对发电机的运行模型分析时，一般都将坐标系定位于转子磁链上，以保证磁链方向就是轴所在方向，轴则超前轴90度电角度，进而形成同步旋转的正交坐标系。接下来，基于dq坐标系将电机所有交流变量转化为直流量并投影于该坐标系的两个轴上，分别对两个轴上的分量进行针对性控制，就可以实现对电机的定子及转自磁链进行精确控制。此外，内转子永磁同步电机的转子磁场由不可控的永磁体产生，只能对定子磁场进行控制，进而控制电机电磁转矩。同步旋转坐标系中建立的永磁同步发电机组数学模型表示如下：
5KW直驱式永磁风力发电机的设计
5KW直驱式永磁风力发电机的设计
摘要 当今对可再生能源的开发利用中，风能由于其突出的优点而成为了研究的热点，风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最现实的选择。直驱永磁同步风力发电机去掉了风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力机直接拖动电机转子运转在低速状态，这样就没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等问题，从而提高了运行的可靠性。 本文对风力发电机的发展史和风力发电机的种类进行了详细的介绍；根据永磁电机的技术要求，进行电磁方案的初步设计，确定电机的基本结构、永磁体和铁心尺寸及绕组参数；应用ANSOFT软件进行风力发电机的设计并优化永磁发电机的性能指标。 关键词: 风力发电机，永磁电机设计，ANSOFT软件
ABSTRACT Recently ,the renewable energy such as wind power have been strongly encouraged because of environmental problem and shortage of traditional energy sources in the near future．Without the typical gearbox in wind-generating system and the disadvantages caused by gearbox，the PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator)is directly driven by the wind turbine at low speed，which makes the operation of the generator more liable. The history of the development of wind turbines and wind turbine types were described in detail; Based on permanent magnet motor of the technical requirements，designer makes the preliminary design of the electromagnetic program, and determines the basic structure of the motor, permanent magnet and the core size and winding parameters; Apply ANSOFT ware to design wind turbine and to optimize performance of permanent magnet generator. KEY WORDS：Wind turbine, permanent magnet motor design, ANSOFT software