直驱式风力发电机组概述
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。
直驱风力发电机
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
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，但这个成会在 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。 无可否认，现正在开发的产品成本价格比目前通用 的发电机略高，但是我们相信，随着产品更进一步的完 美，成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI（德尔 福）公司的技术部负责人认为：“顾客注重的是每公斤 瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发 电机的市场前景不会被成本问题困扰。
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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）。
直驱式和双馈式风力发电机组介绍
双馈式与直驱式风力发电机组介绍1、双馈式发电机组双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机,主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。
双馈式风力发电机组系统将齿轮箱传输到发电机主轴的机械能转化为电能,通过发电机定子、转子传送给电网。
发电机定子绕组直接与电网连接,转子绕组与频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变流器相连。
变流器控制电机在亚同步与超同步转速下都保持发电状态。
在超同步发电时,通过定转子两个通道同时向电网馈送能量,这时变流器将直流侧能量馈送回电网。
在亚同步发电时,通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态,变流系统双向馈电,故称双馈技术。
双馈风力发电变速恒频机组示意图变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁,使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率与相位与电网相同,并且可根据需要进行有功与无功的独立控制。
变流器控制双馈异步风力发电机实现并网,减小并网冲击电流对电机与电网造成的不利影响。
提供多种通信接口,用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。
提供实时监控功能,用户可以实时监控风机变流器运行状态。
变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术。
在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略,电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略;系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网与最大功率点跟踪控制功能。
功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件,保证良好的输出波形,改善双馈异步发电机的运行状态与输出电能质量。
这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功与无功的解耦控制,就是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。
2、直驱式发电机组直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机,主要由风轮、传动装置、发电机、变流器、控制系统等组成。
为了提高低速发电机效率,直驱式风力发电机组采用大幅度增加极对数(一般极数提高到100左右)来提高风能利用率,采用全功率变流器实现风力发电机的调速。
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。
湘电风能直驱式永磁单轴承大功率发电机组简介
技术来源 —— 创新提高 建设国家级风电成套装备总装基地
投入 4 亿元建设风机总装基地。在湘潭 高 新 区购买 250 余亩地， 2007 年 10 月 底，完成总装车间及研发大楼建设，投入 使用 2008年完成福建分公司总装车间并已投 入使用
建设国家级风力发电机制造基地
投入 2.7 亿元建设直驱永磁风力发电机 制造基地，新建厂房20,000平方米。 2007 年年 3 月底完成主体工程建设， 2008年8月全部竣工，投入使用 2009年建设直驱永磁风力发电机制造基 地（二期）
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机型选择 —— 原理与规则
湘电XE-2MW系列风机采用的沿海及海上技术
提高极限生存能力，可抗７０m/s的台风。 风机内部通风采用正压过滤技术。 发电机采用单轴承迷宫设计，旋转部分只有一条缝隙。 风机表面采取防腐蚀、防盐雾 、防潮处理。 电气元器件采取防护处理。 机组已经过荷兰鹿特丹、台湾、日本北海道（其中Z82型2 台）等沿海地区的实际运行，通过了长时间沿海风场考验，并 已承接了３３台韩国海上风场的订单，完全能够适用于沿海和 海上风电场环境使用要求；
技术来源 —— 技术引进 公司采用Zephyros(原Lagerwey)的成熟技术
荷兰Lagerwey公司成立于80年代，是世界上最早从事兆瓦级 风机研发和制造的公司之一。 前期从事250kW、带增速齿轮箱风机的开发与生产，在日本和 欧洲安装了300多台。在运行中，发现增速齿轮箱的故障率 高，从而在后续成功的开发出750kW直驱式风力发电机组，并 在日本和欧洲安装了二百多台，运行的可靠性较传统风机有了 质的飞跃 2000年，为开发2MW直驱式风机，公司重组为Zephyros公 司，并于当年在荷兰鹿特丹安装了第一台样机，成功实现并网 运行 2005 年 原 弘 产 株 式 会社 (Harakosan) 挑 战 美国 GE等 5家 公 司，成功收购Zephyros公司， 2MW直驱式风机至今在日本、 欧洲和中国台湾、福建、内蒙已成功安装了74+110台该型机 组，运行情况良好，得到了业内高度评价 2007年荷兰Enercon集团成功获得Zephyros公司直驱式海上 风机研发权，并启动设计5MW直驱式海上风机
直驱风力发电机分析
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
直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略
直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护的日益紧迫，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
直驱式永磁同步风力发电机（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator, DDPMSG）作为一种新型风力发电技术，以其高效率、高可靠性以及低维护成本等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。
本文旨在对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行深入研究。
文章将介绍直驱式永磁同步风力发电机的基本结构和工作原理，为后续建模和控制策略的研究奠定基础。
接着，文章将详细阐述直驱式永磁同步风力发电机组的数学建模过程，包括机械部分、电气部分以及控制系统的数学模型，为后续控制策略的设计提供理论支持。
在控制策略方面，本文将重点研究直驱式永磁同步风力发电机组的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制和电网接入控制。
最大功率点跟踪控制旨在通过调整发电机组的运行参数，使风力发电机组在不同风速下都能保持最佳运行状态，从而最大化风能利用率。
电网接入控制则关注于如何确保发电机组在并网和孤岛运行模式下的稳定运行，以及如何在电网故障时实现安全可靠的解列。
本文还将探讨直驱式永磁同步风力发电机组的控制策略优化问题，以提高发电机组的运行效率和稳定性。
通过对控制策略进行优化设计，可以进一步减少风力发电机组的能量损失，提高风电场的整体经济效益。
本文将对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行总结，并展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，可以为直驱式永磁同步风力发电机组的实际应用提供理论指导和技术支持，推动风力发电技术的持续发展和优化。
二、直驱式永磁同步风力发电机组的基本原理直驱式永磁同步风力发电机组（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator，简称DD-PMSG）是一种将风能直接转换为电能的装置，其基本原理基于风力驱动、机械传动、电磁感应和电力电子控制等多个方面。
直驱永磁风力发电系统概述_1352537_张昌鸣
直驱永磁风力发电系统概述摘要：在直驱永磁发电系统中，风速影响输出电压的幅值和频率，不能直接并网。
本文概述了一种控制方法，通过对逆变器的控制实现输出电压对电网电压的跟踪，达到并网要求；基于最大风能追踪控制原理，通过对变频器的调节控制改变风机转速，实现风力机最佳效率运行。
本文也简单讨论了风能的应用范围、经济性及未来发展前景。
关键词：风力发电；直驱永磁发电机；最大风能捕获；风能的应用和发展0引言可再生能源的开发和利用从七十年代开始进入飞速发展时期。
一是上世纪七十年代的石油危机后，经济和能源压力迫使人们寻找关于能源的新的解决途径，二是近十几年来基于化石燃料的传统能源体系引发的环境问题愈发严重，寻找新能源不仅关乎经济和能源需求，更关系着未来人类社会的前进方向。
如煤炭、石油、天然气等传统能源之所以能较早被作为能源广泛使用，一方面是储量相对丰富，更重要的原因是能源使用过程中输出稳定可靠，且较容易由一种能量形式（如热）转化成另一种能量形式（如电）而进行广泛传输。
而如今的新能源面临的最大问题就是能量的转化难、不可控、不稳定，因此新能源利用的关键之一就是采用更加精准的控制手段，提升能量利用效率。
本文试以较为常见的风能发电为例，简单阐述新能源应用中控制系统的作用。
1风力发电机控制系统目前存在的风力发电机组有恒速恒频和变速恒频两种类型。
恒速恒频风力发电机组无法有效地利用不同风速时的风能，而变速恒频风力发电机组可以在很大的风速范围内工作，更有效地利用风能，其中应用比较广泛的技术之一是直驱永磁风力发电系统。
根据最大风能追踪控制原理，当风力机浆叶不变时，对于一个特定的风速v，风力机只有运行在一个特定的转速ωm 下才会有最高的风能转换效率，要想追踪最大限度地获得风能，就必须在风速变化时及时调节风轮机的转速n（在直驱永磁风力发电系统中，即为发电机的转速），这就是变速恒频发电技术的主要思想。
通过变速恒频发电技术，理论上可以使风力发电机组在输出功率低于额定功率之前，输出最佳功率，效率最高。
直驱式风力发电机原理及发电机组概述
直驱式风力发电机原理及发电机组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，而风力机转速较低，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几转，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风力发电机组的结构示意图。
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。
下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。
其定子与普通三相交流发电机类似，转子由多个永久磁铁构成。
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；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁軛构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，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发电机组的结构示意图。
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盘式风力发电机组的结构示意图。
永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理
永磁同步风力发电系统的系统基本组成、工作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风力发电系统主要采用如下结构组成：风力机（这里概括为：叶片、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。
其中全功率变流器又可分为发电机侧整流器、直流环节和电网侧逆变器。
就空间位置而言，变流器和风机总控系统一般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。
2.工作原理：系统中能量传递和转换路径为：风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风力机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化而变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电网同步的可控电能并馈入电网，从而最终实现直驱系统的发电并网控制。
3.控制模式：风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。
它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制。
而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。
风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：分别为保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。
控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
一、系统运行时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个方面：自动对风、自动解缆和风轮保护。
1)自动对风正常运行时偏航控制系统自动对风，即当机舱偏离风向一定角度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，自动对风停止。
2)自动解缆当机舱向同一方向累计偏转2~3圈后，若此时风速小于风电机组启动风速且无功率输出，则停机，控制系统使机舱反方向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不自动解绕；若机舱继续向同一方向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障自动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，自动停机，等待人工解缆操作。
直驱式风力发电机知识
是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（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兆瓦直驱式风力发电机。
直驱式风力发电机组简介
3.0MW直驱式风力发电机组简介直驱永磁风力发电机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，其交流电的频率也随之变化，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，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、塔架等（如图1.1 所示）。
1.1 直驱型风力发电机总体设计方案直驱型风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步发电机组其优点如下[1]：1（1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；2（2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率；3（3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；4（4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；5（5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率；6（6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；7（7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。
2 直驱风力发电机组变桨特性叙述直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。
因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速。
在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。
这样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率。
对于变桨距调节后对的功率特性的影响等等问题，这里我们将对机组叶片上的气动性能进行分析，从而进一步的了解变桨后，对风力发电机组的性能影响2.1 不同变桨角度下的特性根据叶素理论，当一个叶素在流畅中运动时，叶素的上表面是负压力（吸力）；下表面是正压力。
直驱式风力发电机知识
是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（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。
直驱式风力发电机组概述(来自lsaac空间站)
直驱式风力发电机组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，而风力机转速较低，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几转，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风力发电机组的结构示意图。
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。
下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。
其定子与普通三相交流发电机类似，转子由多个永久磁铁构成。
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；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁軛构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，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发电机组的结构示意图。
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。
直驱式永磁同步风力发电系统
ω P = K mech_opt
3 opt wt
v4
Tmech
v1 < v2 < v3 < v4
Topt
=
ω K 2 opt wt
D
v3
v4
C v3
v2 v1
B v2
A v1
O
ωwt
O
ωwt
Pmech _ opt
⎛
= 0.5ρCP π max R2 ⎜⎜⎝
Rωwt λopt
3. 如何能够省去齿轮箱
E ≈ 4.44 f1N1kw1Φm
f1
=
pin 60
增大极对数，就有可能在较低的转速下获得较高的频率和输 出电压。
但双馈风力发电机，极对数增加，转子加工的难度增加，而 且体积和成本也增加，所以无法省去齿轮箱。
电励磁的同步发电机，尽管可以做到极对数增加很多，但体 积会随着极对数的增加而增加得比较快。
如在装光电编码器的时候将电机打开，使其零起点对准永磁磁 极的几何中心线，则光电编码器转过多少度，永磁磁极就转了 多少度。
理论可行，但实际不可行。即使电机可以打开，光电编码器的 零刻度也无法进行目测对准。
对于电动机，通常使用的方法是，先在定子绕组中通电，建立 一个恒定磁场，转子磁极会旋转到与磁场方向一致的位置上。 这个时候磁极的零点就找到了。
id 、iq分别是定子电流的dq轴分量
(3)磁链方程
⎧⎪ψ d = Ldid +ψ f ⎨⎪⎩ψ q = Lqiq
⎧⎪ ⎨ ⎪⎩
Ld Lq
= =
Ldm Lqm
+ Lσ s + Lσ s
分别是定子dq轴的自感
直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述
直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。
风力发电机组运行区域如图7-1所示。
图7-1 风力发电机组运行区域（1）停机模式。
风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。
当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。
其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。
（2）最佳叶尖速比运行区。
即第②区间，即图7-1的AB区间。
当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。
此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p态。
（3）恒转速运行区间。
即第③区间，即图7-1的BC区间。
为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。
当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使Cp值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。
但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。
（4）恒功率运行区间。
即第④区间，即图7-1中的CD段。
当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。
此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。
风力发电机组简介讲解学习
风力发电机组简介风力发电机组构成与机组简介1.风电机组构成风力发电机组主要由风力机、传动装置、发电机、控制系统等部分组成。
电网风力机是风力发电机组的重要部件，风以一定的风速和攻角作用在风力机的桨叶上，使风轮受到旋转力矩的作用而旋转，同时将风能转化为机械能来驱动发电机旋转。
有定桨距和变桨距风力机之分。
风力机的转速很低，一般在十几r/min~几十r/min范围内，需要经过传动装置升速后，才能驱动发电机运行。
直驱式低速风力发电机组可以由风力机直接驱动发电机旋转，省去中间的传动机构，显著提高了风电转换效率，同时降低了噪声和维护费用，也提高了风力发电系统运行的可靠性。
发电机的任务是将风力机轴上输出的机械能转换成电能。
发电机的选型与风力机类型以及控制系统直接相关。
目前，风力发电机广泛采用感应发电机、双馈（绕线转子）感应发电机和同步发电机。
对于定桨距风力机，系统采用恒频恒速控制时，应选用感应发电机，为提高风电转换效率，感应发电机常采用双速型。
对于变桨距风力机，系统采用变速恒频控制时，应选用双馈（绕线转子）感应发电机或同步发电机。
同步发电机中，一般采用永磁同步发电机，为降低控制成本，提高系统的控制性能，也可采用混合励磁（既有电励磁又有永磁）同步发电机。
对于直驱式风力发电机组，一般采用低速（多级）永磁同步发电机。
控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
风力发电机组的控制系统一般以PLC为核心，包括硬件系统和软件系统。
传感信号表明了风力发电机组目前运行的状态，当与机组的给定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，是系统能够在给定的状态下运行，从而完成各种控制功能。
主要的控制功能有：变桨距控制、失速控制、发电机转矩控制以及偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可能采用液压执行机构。
目前，风力发电机组主要有恒速恒频控制和变速恒频控制这两种系统控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或者主动失速调节来实现功率控制。
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把右定子固定在右端盖中，左右端盖扣紧固定， 发电机就组装好了，下图为发电机外观图。
下图为中间转子盘式永磁发电机的剖面图
下图为侧视的剖面图。
观看中间转子盘式永磁发电机剖面旋转动画 请到以下网址： /v_show/id_XMTM2Nzg3 NDQw.html 或 /programs/view/3qQsA vxrcRc/
安装上左右端盖，下图为组装好的永磁中间 定子盘式发电机。
下图为永磁中间定子盘式发电机的剖面图。
下图为侧视的剖面图，为看清内部结构隐藏 了右转子。
直驱永磁中间转子盘式 风力发电机结构
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，定子与转子轴向交替排列， 这里介绍中间转子盘式发电机。下图是一个 盘式定子，由于盘式发电机的通过定子绕组 的磁力线是轴向走向，在电机旋转时是绕轴 运行的，所以定子的硅钢片是绕制的，在一 侧有绕组的嵌线槽。
观看中间定子直驱式风力发电 机动画请到以下网址： /program s/view/0tGR1c-LhDg/=
直驱式外转子永磁风力 发电机结构
外转子电机的特点是定子在靠轴中间不动， 转子在外围旋转。在下图中展示了内定子的 构造，内定子由硅钢片叠成，与常见的外定 子相反，其圈槽是开在铁芯圆周的外侧。
按多极发电机的原理，磁极的布置如下图
从另一侧看外转子
把外转子转轴安装在定子机座的轴承上
这是安装好的整机外观图
在实际风力机制造中往往把外转子磁軛 直接与风轮轮毂（包括轮毂外罩）制成 一体，使结构更紧凑。
直驱永磁中间定子盘式 风力发电机结构
直驱永磁盘式风力发电机的定子与转子都呈平 面圆盘结构，定子与转子轴向交替排列，这里 介绍中间定子盘式发电机。下图是一个盘式定 子。由于盘式发电机通过定子绕组的的磁力线 是轴向走向，在电机旋转时是绕轴运行的，所 以定子的硅钢片是绕制的，在两侧有绕组的嵌 线槽。
在定子线槽内分布着定子绕组，按三相布置 连接。
定子铁芯固定在机座的支架上
盘式转子由磁軛与永久磁铁组成，下图为左 面转子图
下图为磁极的分布图
右面转子结构与左面转子结构相同，只是反个面而 已。下图为左右转子间的磁力线走向图。
为更清楚的看清磁力线走向，下图为稍侧面 的磁力线走向图。
把转子与定子摆在一起
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。
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。
Enercon公司E-112风力发电机的吊 装图片
据报道目前最大的风力发电机为Enercon公 司E-126直驱式风力发电机，功率为7MW， 为使科技爱好者能一睹这当今最大的风力发 电机的风采，从网上找到一组Enercon公司 E-112直驱式风力机的吊装图，E-112风力机 功率为6MW，虽不是最大的E-126，但E-126 仅是E-112的改进型，外观结构一样。该组照 片是2006年9月份拍摄的。
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。
在永磁直驱式风力发电机的结构上还有一个重要的 特点，那就是绕组的槽数与磁极数不成整数关系， 这是因为当所有磁极与槽数整齐对应时，磁力线有 最短磁路，转子与定子间的强大吸引力会使发电机 起动非常困难。所以起动阻力矩也就成了永磁发电 机的重要参数，采用分数槽设计就可以较好的减小 起动阻力矩。另外分数槽设计还可以在同数目磁极 下减少线槽数，降低制造难度。如何选好永磁发电 机的极数与槽数是目前正在研究中的新技术，方案 也很多，本栏目就不作介绍了，在以下几种永磁直 驱式发电机的结构示例中仍采用整数槽。
在定子线槽内分布着定子绕组，按三相布置，单个 绕组呈扇形状。
定子有两个，右定子与左定子结构一样，只 是反个面而已。
转子由永久磁铁组成，磁铁固定在非导磁材 料制成的转子支架上，下图是转子的结构图。
每块磁铁的磁极在转子的两面，
下图表示了磁力线在转子与定子间的走向，
下图是转子与定子的布置图
先把左定子固定在左端盖中，再装上转子，
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。
风力机的塔架是20-30个工人用了8个月建成的
先安装完毕1250吨重的吊车
机舱高17米，不带叶片重约250吨
工人对机舱内部进行安装
吊装机舱
吊装直驱发电机
吊装叶片
电下运 机图行 的是中 照运的 片行 中 的 风 力 发 风电 力机 发 E-112
E-126
直驱式风力发电机组概述
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， 而风力机转速较低，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 分钟几十转甚至十几转，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风力发 电机组的结构示意图。
内定子铁芯通过定子的支撑体固定在底 座上，在底座上有转子轴承孔用来安装 外转子的转轴。
在定子铁芯的槽内嵌放着定子绕组，绕组是 按三相规律分布，与外定子绕组类似。
外转子如同一个桶套在定子外侧，由导磁良 好的铁质材料制成，在“桶”的内侧固定有 永久磁铁做成的磁极，这种结构的优点是磁 极固定较容易，不会因为离心力而脱落。
下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构 示意图。其定子与普通三相交流发电机类似， 转子由多个永久磁铁构成。
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； 转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁軛 构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，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发 电机组的结构示意图。