直驱风力发电机分析
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=n0=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。
《2024年直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究》范文
《直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究》篇一一、引言随着全球对可再生能源的依赖性日益增强，风力发电作为绿色能源的重要组成部分，其技术发展备受关注。
直驱型风力发电系统以其高效率、低维护成本等优势，在风力发电领域中占据重要地位。
其中，全功率并网变流技术是直驱型风力发电系统的核心技术之一，对于提高风能利用效率、保证电网稳定运行具有重要意义。
本文旨在研究直驱型风力发电系统的全功率并网变流技术，分析其工作原理、技术特点及优化策略。
二、直驱型风力发电系统概述直驱型风力发电系统是指发电机直接与风轮相连，无需通过齿轮箱进行传动。
这种系统结构简单、运行可靠，能够减少传动损失，提高风能利用效率。
直驱型风力发电机多采用永磁体发电机，具有高效率、低噪音、免维护等优点。
三、全功率并网变流技术全功率并网变流技术是直驱型风力发电系统中的关键技术之一。
它通过将发电机输出的直流电转换为交流电，并将其并入电网中，实现风力发电的并网运行。
该技术包括整流、滤波、逆变等环节，能够有效提高风能利用效率，保证电网的稳定运行。
（一）工作原理全功率并网变流技术的工作原理主要包括整流和逆变两个过程。
整流过程将发电机输出的直流电转换为交流电，并对其进行滤波处理，以减少谐波对电网的干扰。
逆变过程将处理后的交流电再次转换为适合并网的交流电，并通过控制系统实现对电网的并网运行。
（二）技术特点全功率并网变流技术具有以下特点：高效率、低谐波、高可靠性、高灵活性等。
该技术能够实现对风能的充分利用，提高发电效率；同时，通过滤波和逆变等环节，有效减少谐波对电网的干扰，保证电网的稳定运行；此外，该技术还具有高可靠性和高灵活性，能够适应不同风速和电网条件的变化。
四、技术优化策略为了进一步提高直驱型风力发电系统的全功率并网变流技术水平，可以采取以下优化策略：（一）改进控制系统通过改进控制系统，实现对风速和电网条件的实时监测和优化控制。
这包括对逆变器、滤波器等关键部件的控制策略进行优化，以提高系统的响应速度和稳定性。
风力发电机组的直驱发电机技术研究
风力发电机组的直驱发电机技术研究随着全球能源需求的不断增长和对环境友好型能源的追求，风力发电作为一种清洁、可再生的能源逐渐受到人们的关注。
风力发电机组是实现风能转化为电能的关键设备，而直驱发电机技术在风力发电中的应用正日益成为研究的焦点。
本文将对风力发电机组的直驱发电机技术进行探究，分析其在风能利用上的优势和挑战，并展望其未来的发展趋势。
直驱发电机与传统的齿轮传动发电机相比，通过消除齿轮箱可以提高系统的可靠性和可维护性。
直驱发电机利用磁场产生电能，将风能直接转化为电能，从而避免了齿轮传动系统带来的能量损失和噪音污染。
此外，直驱发电机的体积较小，重量较轻，可以实现更高的功率密度。
这些优势使得直驱发电机在风力发电领域具有广阔的应用前景。
在直驱发电机技术的发展过程中，磁体是一个关键的研究方向。
目前，永磁同步发电机（PMSG）是最常用的直驱发电机类型之一。
PMSG利用稀土永磁体产生强磁场，以提供所需的磁场励磁，从而实现高效的能量转换。
然而，稀土永磁体的成本高昂，且稀有资源的有限供应可能导致其价格不稳定。
因此，研究人员正在寻求替代方案，例如磁阻式发电机（SRG）和感应发电机（IG）。
这些发电机利用非稀土材料实现电能转换，并具有更低的制造成本和环境影响。
除了研究新型磁体材料，提高直驱发电机的效率也是当前的关注点之一。
直驱发电机存在一些效率损失，例如电磁场损耗和温升损耗。
研究人员通过优化磁路设计、改进绕组结构以及使用高温超导材料等手段来降低这些损失。
此外，通过合理的功率电子变流器设计，可以进一步提高系统的整体效率。
此外，直驱发电机技术在风力发电中还面临一些挑战。
风力发电机组的运行状态复杂多变，直驱发电机需要应对不同风速和负载变化。
研究人员需要通过改进控制算法和系统集成来实现发电机的智能化运行，以提高其稳定性和可靠性。
此外，直驱发电机的制造和维护成本较高，需要进一步降低成本，以满足市场需求。
展望未来，直驱发电机技术在风力发电中的应用前景广阔。
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中得到广泛应用。
我们来了解一下双馈风力发电机的工作原理。
双馈风力发电机是一种采用异步发电机的结构，其转子由两部分组成：一个是固定子，另一个是转子。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
在双馈风力发电机中，转子的定子通过拖动转子的磁场，使得风力发电机可以实现变频调速。
双馈风力发电机具有转矩平稳、响应速度快的优点，可以适应不同风速下的工作状态。
接下来，我们介绍一下直驱风力发电机的工作原理。
直驱风力发电机是一种采用永磁同步发电机的结构，其转子由永磁体构成。
风力通过叶片传递给转子，转子通过直接驱动发电机产生电能。
直驱风力发电机不需要传动系统，减少了能量转换的损失，提高了发电效率。
直驱风力发电机具有结构简单、体积小、维护成本低等优点，逐渐成为风力发电领域的主流技术。
我们来了解一下半驱动风力发电机的工作原理。
半驱动风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合体，它采用了双馈发电机的转子结构和直驱发电机的永磁体。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
半驱动风力发电机兼具双馈风力发电机和直驱风力发电机的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中发挥重要作用。
双馈风力发电机通过变频调速实现转矩平稳，响应速度快；直驱风力发电机通过永磁同步发电机实现高效发电；半驱动风力发电机兼具双馈和直驱的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
随着风力发电技术的不断发展，这些风力发电机构将进一步完善和提升，为可持续能源的开发和利用做出更大贡献。
直驱型风力发电机的优越性和特点
直驱型风力发电机的优越性先进性没有了齿轮箱的整个机组，不仅降低了成本，减轻了整机重量，同时避免了齿轮箱过热、噪音大等缺陷，大大降低了故障率。
经济性发电机采用永磁式，提高了发电机的输出电压，减少了在传输过程中的线损，节省了箱变的费用。
通过对风机机组的零部件的优化设计、计算及检验，能够大幅度的延长整机的工作寿命。
安全性合理的机舱提升机设计安装在机舱内部，避免了工作人员直接与机舱尾部的窗口接触，扩大了活动空间，大大提高了安全性能。
在整机零部件之间加入防雷保护系统，可以很好的避免雷雨天气对风机的损坏，并在设计过程中全方位的考虑了天气的变化对机组的影响；塔筒之间采用高强度的螺栓连接，保证了塔筒的稳定性。
可靠性产品在研发和生产过程中，进行了全方位的认证工作，与国内多家知名认证公司保持着长期联系，并达成一致，为我们生产的直驱型风力发电机组进行全面的认证工作，包括设计认证、型式认证等。
完善的售后服务体系在安装过程中，我们有大量的技术人员会进行全程跟踪指导，建立客户档案，定期进行交流，经常保持与客户的联系，及时解决客户遇到的问题和困难。
我们的所有部件的采购都是选择著名且已获认证的供货商，保证了所有的零部件的高质量、高性能，能够满足广大用户的需求；同时我们有专业的研究开发人员，能够为用户提供详细的技术指导。
直驱型风力发电机的主要特点直驱永磁风力发电机组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。
国际先进的无齿轮箱直驱风力发电机，多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。
其主要部件包括：叶轮叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底板、塔架。
双馈、直驱风力发电机特点分析
（Ｐ ｓＮ Ｒ０Ｅ ｃ ＩＭｃＮ） 第 雾 期 Ｅ Ｌ Ｉ — ０ＦＬ Ｔｃ ＡＨＥ ｘ ０ｏ Ｐ Ｅ Ｒ Ｉ ４ ７ ）
双 馈 、 驱 风 力 发 电机 特 点分 析 直
张胜 男 ， 潘 波
佳木斯 电机 股份 有 限公 司 ， 黑龙 江佳 木斯 （５０２ １４０ ）
态 。至 ２ １ ０ １年底 ，风速 ” “ 已经 连续 ６年保 持 高速 增长 ， 目前我 国装机 容 量 已跃 居 世界 第 一 。但 由 于 重装机 容量 、 轻发 电量 的 习惯 做法 ， 使得 近 年来 风 电“ 喷 ” 井 式发 展 的潜在 问题 开始 集 中 爆发 ， 尤 其在 部 分地 区的风 电基 地发 生大面 积脱 网事 故之 后 ， 府 出 台相 应 政 策 监管 ， 国 都 进 入 “ 风 ” 政 全 整 时 期 ， 也再 一次 激 发 了 业 内对 于 双 馈 与 直驱 技 这 术孰 优孰 劣 的激 烈 讨 论 。本 文 通过 对 双 馈 、 直驱
０ 引 言
风 电制造 业作 为 朝 阳行 业一 直 倍 受 关 注 ， 在 国家 规划 的大 力支持 下 出现跨越 式发 展 。大 多数
风机 制 造企 业都 处 于 供 不 应 求 的满 负 荷 生 产 状
由滑环 接人 。风速 的变 化通 过增速 齿轮 箱传 递 到
发 电机 ， 了保 持 定子 电流频 率 的恒定 ， 以控 制 为 可
ｓｓａ ｄ ａｊ ｓ ｎ ｆｎ ｔ ｎ ｌｎ ｗ ｅ ｅｇ ｏｉｉｓ ｉｄ ｐ ｗ ｒｉｄ ｓ ｙ ｈ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ ｆ ｍ ｅ ｎ ｄｕｔ ｔｏ ａｉ ａ ｅ ｎ ｒｙ ｐ ｌ ｅ ，ｗ ｎ ｏ ｅ ｎ ｕｔ ａ ｅ ｅｏ ｅ ｒ ｍｅ ｏ ｃ ｒ ｏ
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1 . 5 M W 直驱永磁风力发电机组发电机的分析
酒泉职业技术学院毕业设计（论文）12 级风能与动力技术专业题目：1.5MW永磁直驱风力发电机组发电机的分析毕业时间：二O一五年六月学生姓名：孙其军指导教师：甄亮班级：12级风电（2）班2014 年6月20日酒泉职业技术学院2015 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表目录摘要： (4)一、绪论 (4)（一）风能的储备 (4)（二）我国风能的利用 (5)二、发电机的介绍 (7)（一）直驱发电机的介绍 (7)（二）直驱式风力发电机原理及发电机组概述 (8)三、 1.5MW永磁直驱风力发电机结构 (9)（一）永磁直驱风力发电机结构 (9)（二）转子特点： (10)（三）风力发电机磁路结构 (11)（四）满足冷却与散热条件 (13)（五）永磁直驱风力发电机的优点 (13)四、永磁直驱风力发电机组变速恒频并网运行 (14)（一）运行控制 (14)（二）并网控制 (16)五、总结 (16)参考文献: (18)致谢 (19)1.5MW永磁直驱风力发电机组发电机的分析摘要：由于永磁风力发电机在国内的应用还并不多见,仅有一些发达国家掌握主要的技术,对永磁发电机系统特性的研究具有广泛的理论意义和实用价值。
直驱型风力发电机组在运行时,风机不接增速齿轮箱,直接与发电机耦合;发电机的定子为三相或多相绕组,转子采用永磁体或电励磁结构;定子发出非工频的电能,电压也随转速变化;系统中有整流逆变装置,发电机发出的电能是电压和频率都在变化的交流电,经整流逆变后变成恒压恒频的电能输入电网;通过调节逆变装置的控制信号可以改变系统输出的有功功率和无功功率,实时满足电网的功率需要。
在变速恒频直驱风力发电机组中,整流逆变装置的容量需要与发电机容量相等。
关键词：风力发电；直驱；永磁同步发电机。
一、绪论（一）风能的储备风能跟太阳能一样属于一种可再生资源, 具有清洁、丰富、一次性等特点, 在社会与经济的发展过程中, 它已经越来越成为一种被广泛重视的能源。
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机是目前常见的风力发电机类型。
它们分别采用不同的工作原理，以实现风能的高效转化为电能。
双馈风力发电机是一种常用的风力发电机类型。
它由风轮、发电机和变频器组成。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，驱动发电机旋转。
发电机是双馈结构，即具有两个馈线圈：一个是固定转子上的主馈线圈，另一个是转子上的副馈线圈。
主馈线圈与电网相连，副馈线圈通过变频器与电网相连。
当风力发电机转速变化时，电网电压和频率不变，主馈线圈的电流也保持不变。
副馈线圈的电流则通过变频器调节，以使发电机输出的电流和电网电压保持同步，实现电能的高效输送和稳定输出。
直驱风力发电机则是将风轮直接连接到发电机上，取消了传统的传动装置。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，直接驱动发电机旋转。
直驱风力发电机通常采用永磁同步发电机作为发电机，它具有结构简单、高效率等优点。
此外，直驱风力发电机还可以在变速范围内实现高效的风能转化，适应不同风速下的发电需求。
半驱风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合。
它采用了一种带有齿轮箱的直驱发电机，以实现风能的高效转化。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，经过齿轮箱的变速作用后，驱动发电机旋转。
半驱风力发电机既兼具了直驱风力发电机的高效率特点，又克服了直驱风力发电机在变速范围内的限制。
通过合理设计齿轮箱的传动比，可以使发电机在不同风速下都能实现高效的发电。
总结起来，双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机都是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的方式实现风力发电。
它们分别采用了不同的工作原理，以实现风能的高效转化和稳定输出。
在不同的应用场景中，可以根据具体需求选择合适的风力发电机类型，以实现风能的最大利用和经济效益的最大化。
直驱式风力发电机
直驱式风力发电机目录1概述2机组特点1概述直驱式风力发电机（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。
直驱风力发电技术的发展和应用研究
直驱风力发电技术的发展和应用研究一、引言风力发电技术是一种环保、可再生、经济的能源，随着科技的不断进步，直驱风力发电技术逐渐被广泛应用。
本文将概括直驱风力发电技术的发展和应用研究，对技术原理、发展历程、主要应用领域以及优缺点进行深入探究。
二、直驱风力发电技术的技术原理直驱风力发电技术是一种基于永磁同步发电机的电能转化技术，经济性比传统的齿轮箱转动机构式风力发电技术更高。
永磁同步发电机指的是通过控制转子的永磁体在定子中产生电场而实现电能转换的发电机，因其容量小尺寸轻，转速范围宽，电磁损耗小等优点，成为直驱风力发电技术的重要组成部分。
三、直驱风力发电技术的发展历程直驱风力发电技术起源于20世纪90年代初期，最早应用于美国的小型风力发电机领域。
随着经济全球化进程的加速以及环境保护意识的增强，直驱风力发电技术得到了更广泛的应用。
2004年，德国诺维翰化工公司推出了直驱风力发电机型号ND15，进一步推动了该技术在风力发电领域的应用。
如今，直驱风力发电技术已经广泛应用于风力发电领域，成为清洁能源发电的重要组成部分。
四、直驱风力发电技术的主要应用领域直驱风力发电技术主要应用于风力发电机组领域，永磁同步发电机技术和变频器技术的结合产生了直驱式风力发电机组技术。
由于其优越的性能，直驱式風力發電機組廣泛應用于陸地風力發電、近海風力發電、海上風力發電等領域。
五、直驱风力发电技术的优缺点5.1 优点（1）无需齿轮箱直驱风力发电机组无需齿轮箱，设备的结构简单、可靠性高。
（2）减少能量损耗无需齿轮传动，因此转速直接与风车速度相关，可以减少能量损耗。
（3）噪音更低相比于传统锤击式齿轮箱的轰鸣声，直驱式发电机组的运行噪音更低，对附近居民的影响也更小。
5.2 缺点：（1）适应范围狭窄由于相应的技术难度较高，直驱式发电机组只适用于特定范围内的风速、转速、功率等。
（2）成本高相比于齿轮箱型号的风力发电机组设备，直驱式发电机组设备成本较高。
兆瓦级直驱风力发电机瞬态短路有限元分析
用 Ａ ｎ ｓ ｏ ｌ软 件建 立 永 磁 同 步 风力 发 电 机 模 型 ｆ
的具体过程如下 ：首先 ，把永磁同步发电机的几何 尺寸 和 材料 属 性输 入 Ｒ Ｍ ｘ ｐ ｒ ｔ 模 块 中 ，由软 件对 所
输入 项 进 行 求解 ， 自动 生 成 几 何 模 型 （ 见图 ２ ） 。 在Ｒ Ｍｘ ｐ ｒ ｔ 模 块 中求 解 出绕 组 每相 电阻值 和 端部 漏 感 ，方便有 限元 分析 时应用 ；随后 ，使 用一键 有 限 元程 序 自动 生 成 Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ模 型 ，并 且 自动缩 小 至最 小单元 模 型 ；在 生成 的几 何模 型里 对转 子永磁 体重 新建模 ，重新 定 义 电机 的材料 屙 ｌ 生、边界 条件 和绕 组 的激 励 源 ，二 维仿真模 型是 整个模 型 的八分 之一 （ 见图 ３ ） ；确 定 运 动界 限 、转子 转 速 、有 限 元分 析 的时间 步长 ，细 化 软件 自适 用 网格 等 ｌ ３ １ ，最
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重技 了 ｌ ｃ
应用０ 露
Ｈ ＝ ２ ２ ３ ４ ０ Ｏ ｅ ；相对 回复磁 导率 ／ Ｊ ￣ ｒ ＝ １ ． ０ ５ ；剩 磁 温度
１ 建 立模 型
１ ． １ Ａ ｎ ｓ ｏ ｆ仿 真 基本步 骤
系数 Ｏ Ｌ ＝ 一 ０ ． １ １ ％・ ｃ Ｃ 一 ； 矫 顽 力 温 度 系 数
流程 图 （ 电机基 本参数
本文以 ３ ． ０ ＭＷ 直驱 永磁 风 力发 电机 为 分析 对 象 ，其 额定 功率 ３ ０ ０ ０ ｋ Ｗ ；额定 电压 ７ ３ ０ Ｖ；额 定 转速 ｌ ２ ． ５ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ ；额 定 频 率 １ ０ ． ４ Ｈｚ ； 功 率 因 数 ０ ． ９ ２ ；三 相 绕 组 星 型连 接 ；双 层 绕 组 ；外 转 子 结
中小型直驱式永磁风力发电机设计及特性研究
中小型直驱式永磁风力发电机设计及特性研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护意识的不断加强，可再生能源的开发和利用已成为当今世界的研究热点。
其中，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。
中小型直驱式永磁风力发电机作为一种新型风力发电技术，其高效、低噪、低维护等特点使其在风力发电领域具有独特的优势。
本文旨在对中小型直驱式永磁风力发电机的设计及其特性进行深入研究，以期为我国风力发电技术的发展提供理论支持和实践指导。
本文将介绍中小型直驱式永磁风力发电机的基本原理和结构特点，阐述其相较于传统风力发电机的优势。
在此基础上，本文将重点讨论中小型直驱式永磁风力发电机的设计方法，包括电磁设计、机械设计、控制系统设计等方面，以期提供一套完整、实用的设计方案。
本文将深入研究中小型直驱式永磁风力发电机的运行特性，包括其风能利用效率、动态响应特性、运行稳定性等方面。
通过理论分析和实验研究，本文将揭示中小型直驱式永磁风力发电机在不同风速、不同负载条件下的运行规律，为其在实际应用中的优化运行提供理论依据。
本文将探讨中小型直驱式永磁风力发电机在实际应用中可能遇到的问题及解决方法，包括机械振动、电磁干扰、环境适应性等方面。
通过分析和解决这些问题，本文将为中小型直驱式永磁风力发电机的推广应用提供技术支持和实践指导。
本文将对中小型直驱式永磁风力发电机的设计及其特性进行全面深入的研究，旨在为我国风力发电技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、直驱式永磁风力发电机的基本原理直驱式永磁风力发电机（Direct-Drive Permanent Magnet Wind Generator, DDPMSG）是一种特殊类型的风力发电设备，其设计核心理念在于直接将风能通过风力涡轮机转换为电能，避免了传统风力发电机中需要齿轮箱进行增速的复杂机械结构。
这种发电机的主要组成部分包括风力涡轮机、永磁体和发电机本体。
直驱型风电机组动态建模及仿真分析
直驱型风电机组动态建模及仿真分析随着可再生能源的发展，风电作为一种比较成熟的清洁能源形式，越来越广泛地应用于各种场合。
为了更好地控制和优化风力发电系统的性能，需要对风电机组进行动态建模及仿真分析工作。
直驱型风电机组是一种新型的风力发电机组，其动态行为与传统驱动型风电机组有所不同。
本文将以直驱型风电机组为对象，介绍其建模及仿真分析方法，并通过仿真实验验证其有效性。
首先，建立直驱型风电机组的动态数学模型是动态建模及仿真分析的基础。
直驱型风电机组的运动方程可以描述为：$J\ddot{\theta} + b\dot{\theta} = Tem - Tl$其中，$J$为转动惯量，$\theta$为转子转角，$b$为摩擦系数，$Tem$为电磁转矩，$Tl$为负载转矩。
直驱型风电机组和传统风电机组不同之处在于其电磁转矩是直接产生在转子上的，因此需要建立电磁转矩的模型，通常采用如下形式：$Tem =\frac{3}{2}P(\frac{L_{ms}}{L_{s}+L_{r}})^2i^2\sin\delta$其中，$P$为极对数，$i$为转子电流，$L_{ms}$为互感，$L_{s}$和$L_{r}$分别为定子和转子的漏感，$\delta$为电角度。
该模型应考虑到磁场饱和、非线性等因素的影响。
在建立动态数学模型的基础上，需要进行仿真分析以验证模型的有效性和性能。
仿真分析的目的是得到风电机组的动态响应和控制策略，并进行有效性和性能评估。
仿真分析的主要步骤包括仿真建模、仿真实验、仿真结果处理等。
在仿真建模过程中，应根据实际情况选取合适的仿真工具和方法。
通常采用MATLAB等软件进行动态仿真建模，以及PSCAD等软件进行电磁仿真模拟。
在模型输入、仿真条件等方面，应考虑到实际工作环境和实验条件的影响，以保证仿真结果的准确性和可靠性。
在仿真实验过程中，主要是对所建立的仿真模型进行动态响应测试和控制策略验证。
通过针对不同的工况和工作状态进行仿真实验，可以得到不同工况下的动态响应和控制策略，从而评估风电机组的有效性和性能。
直驱式风力发电机概述
直驱式风力发电机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，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发电机组的结构示意图。
齿轮箱增速的水平轴风力发电机组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多极构造，有多极内转子结构与多极外转子结构，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。
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，轴向结构的磁场方向为径向，又分为内转子、外转子等；盘式结构的磁场方轴向，又分为中间转子、中间定子、多盘式等；近年来新型的双凸极发电机与开关磁阻发电机永磁直驱式发电机在得到应用。
下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。
其结构与水轮发电机相似，定子上有绕组，转子则由多个永久磁铁组成凸极结构。
内转子直驱式风力发电机组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；转定子外侧，由固定在外磁軛内圆面上的多个永久磁铁组成内凸极结构，外转子与风轮轮毂安装体，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机组的结构示意图。
直驱与双馈机组的对比分析
直驱风力发电机组与双馈风力发电机组对比分析随着科学技术的进步，电力电子技术的成熟，大功率IGBT器件在风电领域的广泛应用，全功率变流器在风电并网方面的优势日渐凸显。
直驱永磁风力发电机组克服了齿轮箱连接复杂、风险成本大、故障率高、维护量大的弊端。
往日风电设备的领军企业如VESTAS、GE、SIEMENS等，制造双馈机组的世界大企业如今更是把直驱永磁技术作为未来风电的发展方向，全面进军直驱永磁风力发电机组的研发制造领域。
直驱永磁风力发电机在中国成长迅速，目前投运的所有机组平均可利用率已经超过98%。
其独特的优势逐步显现，并获得了使用者的认可。
受到风电投资商大力追捧。
简洁的结构、可靠的安全设计、较低的运行维护费用、高效的发电效率、优异的并网性能。
体现了直驱永磁风力发电机的先进性。
一、结构简洁，可靠性高直驱结构：叶轮—发电机—变流器—电网双馈结构：叶轮—主轴—齿轮箱—连轴器—发电机（变流器—滑环—转子）—电网1、直驱机组没有齿轮箱。
双馈机组的齿轮箱是风电领域的高故障部件。
风湍流、阵风、严酷的气候变化对齿轮箱运行造成无法预料的冲击。
双馈风力发电机的主轴-齿轮箱-连轴器-发电机要求对中精确，否则会造成震动，轴承受到很大的测向力。
电机1500转速，轴承的损坏几率大大增加。
2、直驱机组没有高速刹车。
双馈的高速刹车在紧急停机情况下对发电机和齿轮箱的冲击很大。
风电机组失火与高速刹车有关。
3、电网故障（低电压穿越）对直驱机组没有冲击。
而对双馈机组的齿轮箱、发电机冲击非常大。
●双馈机组在电网故障时：产生5倍的短路电流，发电机与齿轮箱之间存在很大的反向扭矩，对齿轮箱造成很大的冲击。
并影响发电机的绝缘。
●电网故障时双馈机组轮毂转速升高，如果顺桨控制不及时，将造成毁灭性故障。
直驱永磁全功率变流器背靠背模式，在电网故障时发电机独立于电网运行，变流器控制电磁扭矩保持发电机平稳运行、补偿无功及无功电流，并控制制动电阻反复消耗掉多余的有功。
大型直驱风力发电机试验的风能利用与性能分析
大型直驱风力发电机试验的风能利用与性能分析目前，风力发电已成为可再生能源领域中备受关注的一项技术。
大型直驱风力发电机是其中一种常见的发电设备。
本文将对大型直驱风力发电机的试验过程、风能利用以及性能进行分析和探讨。
1. 试验过程大型直驱风力发电机的试验是对其性能特点和工作状态进行评估的关键环节之一，也是验证其设计和技术可行性的过程。
试验过程包括以下几个方面：1.1 风场选择选择合适的风场对试验结果具有重要的影响。
风场应具备平均风速稳定、风向一致，以及适宜的地理位置等特点。
根据试验需求，可选择风速分布较为均匀的中低山区、沿海平原或海上等地。
1.2 设备准备试验前需要对大型直驱风力发电机进行设备调试和检查，确保各部件正常运行。
同时，还需要根据试验要求安装传感器、监测仪器等设备，以获取试验数据。
1.3 数据采集与分析试验期间需采集大量的工作参数和性能数据，如风速、转速、温度等。
这些数据将用于评估大型直驱风力发电机在不同工况下的性能，并进行分析和对比。
2. 风能利用分析风能利用是大型直驱风力发电机试验中的关键问题之一。
有效利用风能可以提高发电效率和经济性。
针对大型直驱风力发电机的风能利用分析可从以下几个方面进行评估：2.1 风能资源评估通过测量和分析风场中的风速、风向、风能潜力等参数，可以评估风能资源的丰富程度和可利用性。
根据评估结果，可选取合适的风速范围和转速控制策略，以实现最佳的风能利用效果。
2.2 风能损失评估风能在转化为机械能和电能的过程中存在着一定的损失。
通过测量大型直驱风力发电机的转速与风速之间的关系等参数，可以评估风能转化过程中的损失，并探究其产生的原因。
通过分析损失的来源，可提出相应的改进方案，以提高风能利用效率。
2.3 功率输出评估大型直驱风力发电机的功率输出与风速和转速等因素密切相关。
通过对试验数据的分析和对比，可以评估不同工况下的功率输出能力，并确定最佳的功率输出范围。
这对于设备运行稳定性和电网接入具有重要意义。
大功率直驱永磁风力发电机的电磁结构分类 及特征分析
大功率直驱永磁风力发电机的电磁结构分类及特征分析摘要：结合风力发电的运行成本，对电磁的结构进行科学地设计，是大功率直驱式风力发电机的重要研究课题。
基于此，本文对六种比较典型的DDPM-WG展开了电磁结构与特点的分析。
有利于对大功率直驱永磁风力的发电机不断地优化电磁的结构。
关键词:直驱；永磁风力发电机；电磁结构；分类；比较标准直驱永磁的风力发电机得到了相关人士的认可。
尤其在运行、发电效率、维修成本具有较大的优点。
相比带有齿轮的发电机更加可靠。
然而，大功率的直驱式风力发电机中，直驱永磁的发电机一般在低速状态下安全运行，这样，发电机会存在较大的磁路气隙的直径，切向力也会很高，导致发电机整体的重量大、体积庞大，增加了企业的研制成本。
所以，探讨易于加工、维修的直驱发电机永磁风力发电机具有重要的现实意义。
一、大功率直驱永磁风力发电机的特征空气动力学和风涡轮机的稳态功率可知：机械的转换功率大，则风涡轮的叶片也越大，随之叶尖速也会变大。
然而，不断增强的叶尖速会产生噪声污染，其数值一般受到相应的局限。
这样，其额定的转速也会改变。
实际上，对于大功率的风力发电机，其风轮的叶片转速较低，一般在10-30 r/min。
同时，这种直驱的发电机转矩也很大。
对正常的风力发电系统的发电机，气隙的单位面积上力密度保持在25-50 kN/m2区间。
大功率风力直驱发电机的体积随功率的增大而增大，重量也会增大。
总之，大功率直驱永磁风力发电机是一个低速、大转矩、体积更大、重量更重的发电机，从而导致了其制造、运输和安装的成本很高。
二、直驱永磁风力发电机电磁结构的分类方法为了减少直驱风力发电机的体积和重量，选用永磁同步电机就是一个很好的措施.由于永磁体的形状、大小尺寸、空间摆放的位置以及方向具有多种灵活的组合，使其电磁的结构呈现多样化特点。
本文仅对四种最具代表性的磁同步式的电机展开分析。
（一）气隙磁通的划分气隙磁通一般可以分为两种类型。
即轴向、径向的气隙磁通。
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主要零部件
变距系统设计方案
• 驱动装置： 采用三个相互独立的变 频调速电机传动机构。
• 后备储能单元： 采用大容量电容， 免维护，可靠性高。
• 传动方式： 同步齿型带，免维护， 成本低。
主要零部件
机舱底座
主要零部件
轮毂
永磁电机效率对比
1.2MW永磁直接驱动风机功率曲线
发电 量 对 比
MW永磁直驱发电机特点
零部件
• 定子支架
轴 加 工 完 的 定 子 支 架
多极永磁发电机发电系统
变速恒频闭环控制模型
风
发电机
转速
测量
转速
传感器 转速
风机
控制器
叶片 桨距
发电机 转矩需求
桨距执 桨距 行机构 需求
需求 转矩 转速
变流系统原理框图
1
MA
~~
永磁 发电机
2 B
三相 整流
3
=C =
升降 压
4
=D 逆变~~~
小带来的好处就是重量轻，易于运输。
直接驱动永磁发电机
磁钢Leabharlann 铁心绕组风
无需励磁能量
长寿命的低速发电机 高效 抗环境侵蚀和腐蚀保护
外转子发电机,利于磁钢散热 自然空气冷却,大的外表面， 利于散热不必使用强迫风冷
冷却风道 定子
转子
直接驱动风力发电机组 — 结构形式及工作原理
径向永磁电机结构
轴向永磁电机结构
变流器
5 E
滤波 器
6
变压 器
7 F
电网
•
多极永磁发电机型风力发电系统结构如图所示。风力
机与发电机直接相连,风力机采用变桨距功率控制方式实
现最有效运行。
•
永磁发电机的定子与普通交流电机相同,转子为永磁
式结构,无需励磁绕组,因此不存在励磁绕组损耗,提高了效
率。转子上没有滑环,运行更安全可靠。但是它的不足之
处是,它因使用磁性材料如钕铁硼和钐钴等而成本很高,而
且电机的电压调节性能差。
•
此外,这种系统的变速恒频控制也在定子电路实现,电
力电子变换器的容量要求与发电机额定容量相同,增加了
系统损耗。
1.2MW直接驱动风机主要技术指标
类 型：三叶片、上风向、变速变桨功率调节、永磁直接驱动。
额定功率：
1200kW
•
因此，必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁
路结构和控制系统；必须应用现代设计方法，研究新的分
析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先
进的测试方法和制造工艺。
永磁材料的技术性能与退磁曲线的形状, 对电机的性 能、外形尺寸、运行可靠性等有很大的影响,是设计与制
造永磁电机时需要考虑的十分重要的参数。对于不同的情 况, 不同的场合, 应采用不同的结构形式和永磁材料。图 给出这几种永磁材料的退磁曲线(还受温度影响）。
成本问题
由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁 发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成本在 电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中 会根据具体使用的场合和要求，进行性能、价格的比较， 并进行结构的创新和设计的优化，以降低制造成本。
• 采用永磁体励磁 • 多极、低速、大容量 • 外转子内定子结构 • 与传统的电励磁电机相比，永磁电机结构简单，运行可靠；
体积小、重量轻；损耗少、效率高；提高了功率质量比； 电机形状和尺寸可以灵活选择等优点 • 无需直流电 • 无需无功励磁电流源
• 无需集电环、电刷装置
外转子内定子结构
•
金风62/1200风力发电机是外转子型，转子位于定子
1.2MW直接驱动型风力发电机组
1.2MW直接驱动型 风力发电机组
直接驱动风力发电机组基本结构
永磁同步发电机
型式：96极永磁同步发电机 定子：三相绕组 转子：永磁，位于绕组外圈 额定功率：1200KW 额定电压：700V 转速范围：11～20rpm 绝缘等级：F 防护等级：IP54 发电机外径：4500mm 定子长度：740-800mm 绕组：采用Rofil线 浸漆方式：普通浸漆
下运行。
不可逆退磁问题
如果设计和使用不当，永磁发电机在温度过高（钕铁 硼永磁）或过低（铁氧体永磁）时，在冲击电流产生的电 枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆 退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。因而， 既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳 定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁 能力，以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电 机不会失磁。
的外部。由于采用这种永磁体外转子结构，与同类电励磁
风力发电机相比，金风62/1200风力发电机组的电机的尺
寸和外径相对较小。下图显示了两种结构的对比。图中两
种结构的气隙直径是相同的，因此功率输出也是相同的。
•
金风62/1200风力机外转子直径仅仅比气隙直径大了
几厘米，而一般的电机结构高出气隙直径很多。电机直径
年均可利用率： ≥95%
设计使用寿命： ≥20年
直接永磁技术的优势
结构简单紧凑，可靠性高； 机械传动损耗减少； 电机效率高，运行范围宽； 无需励磁，无碳刷滑环，维护量少； 对恶劣环境的适应性很强； 发电品质高，无需进行无功补偿；
永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁 场是由永磁体产生的。
控制问题
永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也 造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机 的应用范围受到了限制。
但是，随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制 技术的迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进 行电机输出控制。设计时需要钕铁硼材料，电力电子器件和 微机控制三项新技术结合起来，使永磁发电机在崭新的工况
叶轮直径：
62m
传动类型：
直接驱动
发电机类型： 永磁同步发电机
控制系统：
计算机控制，远程监控
偏航系统：
主动对风
切入风速：
3-4m/s
额定风速：
12m/s
切出风速：
25m/s
安全风速：
70m/s（3秒平均值）
最大风能利用系数： Cpmax≥0.44
噪声：LWA≤100dB(A)(距地面10米，8m/s风速标准状况下)
永磁体在电机中既是磁源，又是磁路的组成部分。永 磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，还与永磁体 的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，具体性能 数据的离散性很大。
而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随 磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。
此外，永磁发电机的磁路结构多种多样，漏磁路十分 复杂，而且漏磁通占的比例较大，铁磁材料部分又比较容 易饱和，磁导是非线性的。这些都增加了永磁发电机电磁 计算的复杂性，使计算结果的准确度低于电励磁发电机。