永磁电机在风力发电系统中的应用及其发展

永磁电机在风力发电系统中的应用及其发展
摘要：风能当作一种清洁型能源，备受人们的青睐，现今风力发电在不同领域的运用范畴越来越宽。

风力发电拥有明显的特征：一是风能密度比较低，想要得到大功率的风能，需要工作人员依靠直径比较大的风力机展开操作。

二是风速相对不稳定，这就需要工作人员通过变速恒频技术展开操作，保证电压的稳定，所以，工作人员要多注重永磁电机，对其实施大面积的运用，进而让风力发电系统越加完备。

关键词：永磁电机；脉动转矩；永磁体失磁；功率变换；发电系统
引言：
现今，人们的环保观念不断增强，开发风力资源，吻合于环保概念的发展标准。

对于电力企业来讲，风能发电是最关键的生产方法之一，可促进经济前行。

对于风力发电来讲，电机设备是相当关键的，除了当作将机械能转变成电能的装备，另承担为系统运营给予动力的角色。

文章主要概述了永磁电机的类型，剖析了永磁电机的运用关键点，对其发展展开了探究，期望对有关人士有所帮助。

1 永磁电机在风力发电系统中的应用类型
1.1 作为发电机
发电设备的核心部分为发电机，将机械能转变成电能。

永磁发电机具有绝对优势，效率高，不必加入励磁系统，维护容易且出现故障的概率相当低。

再随着这几年的飞速发展，永磁发电机已经成为风力发电系统中的第一选择，特别是在直驱风力发电系统中。

1.2 作为电动机
作为电动机主要在一些子系统中提供动力源，将电能转化为机械能，比如冷却系统等。

在相关子系统中，出于对能效等方面的考虑，用永磁电机替代异步电机已成为一种趋
势。

无论是作为发电机还是电动机，目前在风力发电系统中使用的永磁电机绝大部分是径向磁通永磁电机[1]。

2 不同结构风力发电系统的特征
2.1 高速双馈感应发电机
双馈电机定子绕组的电压会作用于电网运营频率，所以，会一定限制到双馈电机定子绕组的运营范畴，明确电网运营频率之后，可明确好双馈电机定子绕组的极数[2]。

比如，某高速双馈感应发电机的转速为1750r/min（额定转速），运行速率大概是1500r/min，要使用四极电机，如果电网的频率是50Hz，那么电机的同步转速是1500r/min，同时，思考高速双馈感应发电机的转子绕组变流器功率特征，在电网运营频率为50Hz的情况下，永磁电机所需的功率相反则高于高速双馈感应发电机。

同时，因为额定转速高于同步转速，在运行过程中，双馈发电机有很高的电流频率，变流器供电系统生成的谐波会加大电机在运行过程中的消耗，所以，使用高速双馈感应发电机时，还要思考转子的散热问题。

2.2 高速永磁发电机
参照现今的风力发电技术，在风力发电系统中，如果使用永磁发电机来代替之前的双馈电机，则无需风力发电系统中的电刷和电环装置，这在一定限度上缩减了电机中铁、铜的损耗，增强了电机运行的稳定性，同时，加快了电机的运行速率[3]。

ABB公司的1.5MW 高速永磁发电机相较于之前的双馈感应电机，电机尺寸可减少13%~20%。

由于使用全功率变流器，发电机的输出电压工作方式产生了一定的改变，所以，功率与电机的转速无直接的关系，增强了风力发电系统运转的稳固性。

如果此系统利用永磁发电机，那么极数的选择就不限定于4极，而是可参照现实情况选择4极、6极、8极，极数越多，发电机的尺寸越小，所利用的材料也较少。

2.3 中速半直驱永磁发电机
中速半直驱永磁发电机使用于风力发电系统中是一种比较适中的方案，比较来讲，中速半直驱永磁发电机可高效地增强风力发电系统的自由性，变速箱的运营稳定、发电机的性价比等要素得到了调整，技术人员可在保证增速箱传统比的前提下对结构进行适宜的调节。

比较难的是，电机运转速度、额定转速、速比与增速机构的选择比较困难，中速半直驱永磁发电机多使用两级增速结构或者一级增速结构，和芬兰公司开发的直驱永磁风力发电机的额定转速相对比，中速半直驱永磁发电机的利用越加灵活[4]。

3 永磁风力发电机的关键设计技术
3.1 永磁电机结构型式的选取
依据磁通情况来高效地解析电机的走向情况，通常情况下将永磁电机划分成几种类型：其一，径向磁通永磁电机。

此电机可让永磁体生成的一定的磁通，工作人员可高效地划分结构方式，依据电机状况划分成插入式或埋入式。

这种电机的优势在于结构比较单一，制造起来比较容易，工作人员可单独选择轴向长度，这样不但可达到转速的有关要求，还让其达到所要求的范围。

其二，轴向磁通永磁电机。

此种电机的优势在于绕组比较单一，噪音比较小，不会对人带来巨大的作用，可是也存有一定的漏洞，一些有槽铁心的加工比较困难，工作人员无法展开操作，这就需要工作人员对不同层面的内容加以思考，采取办法让其达到规定要求，所以，这种系统未获得全方位推广。

其三，横向磁通永磁电机。

这种电机有很好的密度，铜耗比较少，并且工作人员在绕组时比较简单，可是这种结构在制造时比较繁杂，要耗费大量的人力成本，所以，工作人员要全方位剖析利弊，发挥出其在风力发电系统中的功用。

3.2 减小齿槽脉动转矩的方法
其一，科学地选择极弧系数。

极弧系数会作于永磁体的宽度，这就需要工作人员全方位思考极弧系数，保证选择系数的科学性，这样不但可防止较大程度的作用于齿槽转矩，
还会减少电机的成本投入。

所以，工作人员在选择极弧系数时，要从不同层面的内容加以思考，这样才能保证设计的科学性。

其二，斜槽。

在设计电机时，工作人员要注重好斜定子槽，利用比较高效的办法，这样不但可减少制造工艺层面存有的难题，还可高效地消除齿槽转矩。

其三，使用不对称极宽。

对于磁极分组来讲，工作人员多数使用不等宽磁极，这样不但可组成比较对称的单元，还可增强利用功效[5]。

4 永磁风力发电机的发展趋势
4.1 电机结构型式
其一，超大直径超薄永磁电机。

工作人员可通过加快圆周速度，进行缩小电机的体积，这样不但可确保定子的刚度，还可确保气隙的稳定性，这种类型的电机大体上相同于自行车轮上的辐条，工作人员通过转子滑道可达到既定的目标，防止浪费不必要的时间。

其二，无铁心定子永磁电机。

定子铁心相对于产生着相当关键的作用，工作人员利用无铁心定子有更加明显的优点，一层面可大幅减少电机的重量，另一层面可减少噪声。

可这种电机有很大的气隙，需要很多永磁体，进一步增加成本投入，所以在运用时，工作人员深入思考这一要素，尽可能选用性价比高、操作比较简单的永磁休结构，这样才能增强永磁电机的使用功能。

4.2 电机冷却技术
因高速永磁风力发电机有相当大的热负荷，并且散热面积比较小，需要工作人员利用冷却办法，这就需要有关人员强化对电机冷却技术的使用，将其穿插入风力发展系统中，增强其运用价值。

首先，蒸发冷技术。

蒸发冷是新型的冷却法，现今使用于发电机中，这种技术可较大程度的提升电机效率，这样会缩减损耗，防止制约到电机的正常运转。

其次，高温超导技术。

这种技术是高温超导材料进步到一定阶段的产物，因这种材料在市场中有相当宽的运用范围，拥有极强的市场争夺力，发展空间更加宽广。

5 结语
对于风力发电系统来讲，永磁电机产生着明显的作用。

所以，工作人员要引起足够的重视，熟悉其发展趋向，如此不但可从长远的角度展开思考，还可提升使用率，进一步推动永磁电机的长久发展。