极槽配合对直驱式永磁风力发电机性能的影响

极槽配合对直驱式永磁风力发电机性能的影响,前沿技术,抓紧珍藏

２００９年６月第２４卷第６期

电工技术学报

ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＣＨＩＮＡＥＬＥＣＴＲＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬＳＯＣｌＥＴＹ

Ｖ０１．２４Ｊｕｎ．

Ｎｏ．６２００９

极槽匹配对直驱式永磁风力发电机性能的影响

张

岳１，２王凤翔１

沈阳

１１０１７８

周

浩１

张国卫１

本溪

１１７０２２）

（１．沈阳Ｓ－－业大学电气工程学院

摘要

２．辽宁科技学院自动控制系

直驱式永磁风力发电机具有高效率、运行可靠和结构简单等优点，如何通过适当选择

定子槽数及极数来改善发电机的性能、降低成本，是直驱式永磁风力发电机设计的一个重要问题。本文以输出功率为１．５ＭＷ的直驱式永磁风力发电机为例，根据风力发电系统中永磁发电机低转速、多极数、大体积的特点，基于场路耦合有限元法对风力发电机的性能进行分析。在发电机体积相同的情况下，比较和分析了定子槽数和极数对永磁风力发电机的性能的影响。

关键词：永磁同步发电机中图分类号：ＴＭ３１５

直驱

极槽匹配

场路耦合有限元法

ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｌｅＮｕｍｂｅｒａｎｄＳｌｏｔＮｕｍｂｅｒｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＧｅｎｅｒａｔｏｒＤｉｒｅｃｔｌｙＤｒｉｖｅｎｂｙＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅ

ＺｈａｎｇＹｕｅｌ ２

ＷａｎｇＦｅｎｇｘｉａｎ９１

ＺｈｏｕＨａ０１

ＺｈａｎｇＧｕｏｗｅｉｌ

１１０１７８１１７０２２

ＣｈｉｎａＣｈｉｎａ）ｗｉｎｄ

ｔｕｒｂｉｎｅ

ｈａｓ

ｔｈｅ

（１．ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｈｅｎｙａｎｇ

Ｂｅｎｘｉ

２．ＬｉａｏｎｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅ

ｐｅｒｍａｎｅｎｔ

ｍａｇｎｅｔ（ＰＭ）ｇｅｎｅｒａｔｏｒｄｉｒｅｃｔｌｙ—ｄｒｉｖｅｎｂｙ

ａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｓｔｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｂｙｐｒｏｐｅｒｃｈｏｉｃｅｏｆｔｈｅｐｏｌｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｔａｔｏｒｓｌｏｔｎｕｍｂｅｒｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ

ａ

ａ

ａｎ

ｄｉｒｅｃｔｌｙ－ｄｒｉｖｅｎＰＭｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ，ｔｈｅ

１．５ＭＷｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｇｅｎｅｒａｔｏｒｄｉｒｅｃｔｌｙｄｒｉｖｅｎｂｙｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈｌｏｗｓｐｅｅｄ，

ａｒｅ

ｌａｒｇｅｐｏｌｅｓａｎｄｂｉｇｖｏｌｕｍｅａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｃｉｒｃｕｉｔ—ｆｉｅｌｄｃｏｕｐｌｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｕｎｄｅｒ

ｏｎ

ｔｈｅｓａｍｅｖｏｌｕｍｅ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔａｔｏｒ’Ｓｐｏｌｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｌｏｔｎｕｍｂｅｒｍａｇｎｅｔｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．

ｔｈｅ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＰＭＳＧ），ｄｉｒｅｃｔｌｙｄｒｉｖｅｎ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｅｎｕｍｂｅｒｗｉｔｈｓｌｏｔｎｕｍｂｅｒ，ｆｉｅｌｄ—ｃｉｒｃｕｉｔｃｏｕｐｌｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ

１

引言

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越被人

力机直接驱动低速发电机，其中最典型的是直接驱动式永磁风力发电机【ｌ。２】。永磁发电机的优点是不需要电励磁，可实现无刷化，无励磁损耗，因而效率高，同时永磁体又可提高气隙磁通密度，使电机的功率密度提高。虽然发电机成本增加，但对于降低机组的振动噪声和提高运行可靠性有着重要意义。本文以１．５ＭＷ直接驱动式永磁风力发电机为例，分析了定子槽数和极数不同匹配对风力发电机性能的影响，对定子槽数和极数的合理配置提出了多种设计方案，给出该种电机合理的设计方案，为今后系统参数优化奠定了基础ｐＪ。

们所关注，风力发电更是受到人们的重视。一般大型风力发电系统都采用增速机构将风力机的转速提高后再驱动发电机，然而，采用多级齿轮的机械运动，不仅增加了振动和噪声，而且由于润滑系统和机械磨损需要定期维护，使增速机构成为风电机组故障率较多的薄弱环节。目前现代风力发电技术的发展趋势一是无刷化，二是采用取消增速机构的风

收稿日期２００８．０２—２６

改稿日期２００８．０８．０４

万方数据

极槽配合对直驱式永磁风力发电机性能的影响,前沿技术,抓紧珍藏

第２４卷第６期张岳等极槽匹配对直驱式永磁风力发电机性能的影响

１３

２控制策略

２．１系统描述

直驱式永磁风力发电系统示意图如图ｌ所示。变浆距风轮机直接耦合永磁同步发电机的转子，发电机输出电压由不可控整流电路整流后，由电容滤波，再经逆变器将能量馈送给电网。由于采用不可控整流，所以恒频恒压输出的任务完全通过逆变器完成。由于直接耦合，永磁发电机的转速非常低，这样发电机的体积较大、成本较高。因此其发电机的外形有别于传统电机的细长外形，即结构为直径大而轴向长度短【４】。

风轮发电机

图１

直驱式永磁风力发电系统

Ｆｉｇ．１

Ｄｉａｇｒａｍｏｆ

ＰＭｇｅｎｅｒａｔｏｒｄｉｒｅｃｔ ｄｒｉｖｅｎｂｙ

ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ

２．２设计方案的选定

本文所讨论１．５ＭＷ的直驱式永磁同步发电机的转速要求２０ｒ／ｍｉｎ，转速很低，风力发电机的频率不低于２０Ｈｚ，频率与极数的关系为

，＝ｐ６０ｎ

（１）

由式（１）可知，频率与极数成正比，选取合适的极数，可以缩小发电机的体积、减轻其重量，综合考虑极数应在１２０～１６０之间进行选择。

又因电机转速低、极数多，电机外径不能太大，又不宜采用太多的槽数，所以为提高绕组占槽面积，需要极数和槽数适当地配合，故定子采用分数槽双层短距绕组，这样既减少定子外径尺寸，缩小永磁发电机的体积，又削弱由非正弦波分布的磁场感应电动势中的谐波分量和齿谐波电动势。

由于直接驱动，永磁电机的起动阻矩大。起动阻力矩是由发电机在起动时引起的磁阻力矩，受永齿槽效应所引起的起动阻力矩的方法有定子斜槽、转子斜极和定子分数槽绕组。从实际应用情况看，且斜槽距离太大，影响发电机的电气特性；采用转万方数据

工艺难实现，效果不明显。实践证明：定子分数槽绕组是降低阻转矩最有效的方法１５】。

综合以上因素，本文采用三相径向式永磁体多极分数槽的设计方案。

３极槽匹配对 …… 此处隐藏：12477字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……