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直驱式风力发电机组概述

2019-08-04 16:29:02
作者:美高梅正规网址
导读:
两极三相交流发电机转速约为3000转/分钟,四极三相交流发电机转速约为1500转/分钟,而风力机转速较低,小型风力机转速约为几百转/分钟,转速为100转/分钟。大中型风力机的转速大约 [...]

  两极三相交流发电机转速约为3000转/分钟,四极三相交流发电机转速约为1500转/分钟,而风力机转速较低,小型风力机转速约为几百转/分钟,转速为100转/分钟。大中型风力机的转速大约是每分钟几十转甚至更多。只有提高变速箱的速度,发电机才能被驱动。以额定速度旋转。下面是变速箱增速水平轴风力机的示意图。

直驱式风力发电机组概述
直驱式风力发电机组概述

  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。

  以下是内转子直接驱动风力涡轮机的示意图。它的定子类似于普通的三相交流发电机,其转子由若干永磁体组成。

  外转子永磁直驱风力发电机组的发电机绕组与内定子常用三相发电机的绕组相似。转子由几个永磁体和定子外部的外部轭组成。外转子和风轮轮毂安装在一起,一起转动。本专栏特别介绍了外转子直接驱动风力涡轮机。下图为外转子直接驱动风力机结构示意图。

  盘式永磁直驱式风力发电机的定子与转子都呈平面圆盘结构,定子与转子轴向排列,有中间转子、中间定子、多盘式等结构,本栏有对中间转子与中间定子直驱式风力发电机的专门介绍,下图是一个中间定子直驱式风力发电机组的结构示意图。

  下面请观看盘式永磁直驱式风力发电机3D动画

  还有一种半直驱发电机,结构也有上述几种,只不过极数没那么多而已,还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,故采用半直驱发电机加低速齿轮箱也是一种折中的方案。

  永磁直驱风力发电机组结构的另一个重要特点是绕组中的槽数与极数不成整数。这是因为当所有的磁极和槽都整齐地对应时,磁力线的磁路最短。转子和定子之间的强大吸引力使发电机很难启动。因此,起动电阻矩已成为永磁发电机的一个重要参数。分数槽设计能更好地减小起动阻力矩。此外,分数槽设计还可以减少相同磁极数下的槽数,降低制造难度。如何选择永磁发电机的极槽是一项正在研究的新技术,有很多方案。

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