中小型直驱式永磁风力发电机设计及特性研究

传统的风力发电机组中采用增速箱来减小发电机体积,但这同时也带来一些问题:产生噪声、需要定期维护以及增加损耗等。为了克服这些缺点,采用风力机直接驱动永磁发电机,这也是风力发电的一种发展的趋势。我国对直驱式风力发电机的研究尚处于起步阶段,运行可靠、成本较低的中小型直驱式风力发电系统非常适合于我国的偏远农村、牧场、海防及边防哨所的供电,对改善这些地方的生产生活条件有深远的意义。 本文根据直驱式风力发电机速度低的特点,为了提高发电机转子的线速度转子,将电机设计成“短粗”型,即直径较大而轴向长度较小;由于直驱式风力发电机转速较低,定子绕组需要有较多的匝数以输出足够高的电压,因而绕组负载电流的去磁反应较大;为了获得足够的输出频率,直驱式风力发电机需要采用较多的极数:在中小型发电机设计时采用了结构简单、运行可靠的永磁转子结构。 本设计首先采用传统永磁同步电机设计方法初步确定发电机的总体参数,然后采用基于有限元分析的场路结合法,计算不同负载下发电机输出电压电流和电磁转矩波形,分析不同极数与槽数对发电机特性的影响,通过对比分析确定最终设计方案。在对不同设计方案对比分析的基础上,总结出关于中小型直驱式永磁风力发电机设计的一些特点。本研究还试制了样机,通过试验测得一些重要数据以验证理论设计的正确性。 直驱式永磁风力发电机是一种励磁不可调节的同步电机,在其运行过程中由于风速的变化使其输出的电压和频率不能维持恒定,需要通过电力电子变流装置,变为频率和电压恒定的交流电能供用户使用。