直驱式外转子永磁风力发电机结构

直驱式风力发电系统

第一章双PWM型变流电路简介本文讨论克驱式风电系统的一种电力变换装拓扑结构，选取背靠背双PWM型变流电路为研究对彖.直驱式风电系统结构原理如图1-1所示。

风轮电机图1-1永磁同步电机直驱式风力发电系统并网结构图双脉宽调制(pulse-width modulation, PWM)变流器是由2个电压源型变流器(voltage source converter, VSC)背靠背连接构成，2 VSC直流侧通过直流母线并联，两极直流母线Z间并联滤波电容器以提高直流电压的电能品质。

由于该电路结构是完全镜面对称的，文献中称这种结构为背靠背连接。

背靠背双PWM变流器以其控制功能灵活、交流侧功率因数可调和直流电压可控等诸多优点，在轻型直流输电、统潮流控制器和柔性功率调节器等柔性交流输电技术领域中获得了广泛的应用。

该电路拓扑结构如图1-2所示，整流和逆变部分都采用PWM三相桥实现，这种结构的优点：输入电流为正弦波，减少了发电机的铜耗和铁耗；发电机功率因数可调节为1,且能够与大阻抗的同步发电机相联接。

凤轮图1-2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构第二章双PWM变流器动态数学模型三相桥式拓扑结构构中交流侧采用三相对称的无中线连接方式, 图中L代表交流侧滤波电感参数，R为电感中的寄生电阻，图中直流电压源1｝血代表并网变流器直流母线电压，同时也是与发电机转了绕组相连的变流器直流母线电压。

为建立三相电压源型并网变流器的数学模型，根据其其拓扑结构，首先作以下假设：1.电网电动势为平稳的纯正弦波电动势（e a,e b,e c）o2・主电路开关元器件为理想开关，无损耗。

3・三相参数是对称的。

4・网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和。

以A相为例，当VI导通V2关断时，直流电源Ude正极直接加到节点a处，由图可知，U M1 =U dc/2；当V2导通VI关断时，直流电源Ude负极接于节点a处，同理可知，=-U dc/2,同理易知节点b和c也是根据上下MOS管V5、V6 ）导通情况决定其电位的，由此可见，三相中任一相输出的相电压都有正负两个电平，因此这种结构的逆变器称为三相两电平逆变器。

永磁直驱风力发电机结构

永磁直驱风力发电机结构：永磁直驱风力发电机的结构主要包括风轮、永磁同步发电机、机架及偏航系统、主控系统、变流器、空－空循环冷却系统、液压系统、润滑系统、变压器、中央监控系统、塔架和机舱等部分。

风轮是永磁风力发电机的核心部件，也是最直接受到风能作用的部分。

它由多个叶片组成，通过风力的作用使得风轮旋转。

风轮通常采用可调角度的叶片设计，以便在不同风速下获得最高效率的转动。

发电机通过法兰与风轮直接相连，省去了影响风机可靠性的最薄弱环节———齿轮箱，以及主轴系统、联轴器等传动部件。

风轮与发电机转子直联，简化了结构，缩短了传动链，最大限度地提高了机组的可靠性和传动效率。

机架和偏航系统支持整个发电机组的运行，并能根据风向的变化自动调整机舱的角度，以保证风轮始终对准风向，提高发电效率。

主控系统负责整个发电机组的运行控制，包括启动、停机、偏航、故障保护等功能。

变流器将发电机产生的电能转换为符合电网要求的电能，空－空循环冷却系统则负责冷却发电机和变流器等发热部件。

液压系统和润滑系统则分别提供机组运行所需的液压动力和润滑。

此外，永磁直驱风力发电机还包括变压器、中央监控系统、塔架和机舱等部分。

变压器将发电机产生的电能升压后送入电网，中央监控系统则负责监控整个发电机组的运行状态和性能。

塔架和机舱则构成了发电机组的支撑结构和运行环境。

金风MW机组整机介绍

技术参数
GW108/2000kW
额定功率：
2000kW
上网逆变输出电压： 690V
叶片：叶轮直径：扫风面积：
Sinoma52.5或类似叶片
108 m 9038.7m2
轮毂高度（推荐）： 80m、100m、120m
额定转速：
14rpm
额定风速(标准空气密度理论值)：
9.5m/s
切入风速：
切出风速(10分钟均值) ：
变桨轴承
变桨轴承采用深沟球轴承，深沟球轴承主要承受纯径向载荷，也可承受轴向载荷。承受纯径向载荷时，接触角为零。
密封圈
与叶片联接密封圈
与轮毂联接
三、叶轮变桨系统
变桨驱动装置
变桨驱动装置由变桨电机和变桨减器两部分组成。变桨电机是含有位置反响和绕组温度检测传感器的伺服电动机。
变桨电机
驱动轴变桨减速器
二、机组的整体机械构造
金风机组的主体部件图
二、机组的整体机械构造
整机侧剖视图
二、机组的整体机械构造
三、叶轮变桨系统
叶轮变桨系统组成
导流罩
变桨齿形带
变桨轴承
变桨控制柜
变桨轮毂
接近开关和限位开关
三、叶轮变桨系统
叶轮变桨系统组成
变桨控制柜
变桨轴承
传感器支架
变桨驱动
齿形带
胀紧度调节压
板
三、叶轮变桨系统
金风1500千瓦直驱风力发电机组系统结构图
主电缆
电机侧功率单元网侧功率单元主断路器
AC
DC DC
DC
AC
690 V
进线电缆 f = 50 Hz
10 / 35 kV f = 50 Hz

永磁风机结构

永磁风机结构
永磁风机是一种利用永磁材料制成电磁体的直驱发电机，它具有高效率、低噪音、可靠性强等特点，在风能领域有着广泛的应用。

永磁风机结构主要由发电机、传动系统、变桨机构、塔架和控制系统组成。

其中发电机是永磁风机最关键的部分，它是将机械能转化为电能的核心部分。

发电机由转子和定子两部分组成，其中转子由永磁材料组成，可靠性高，定子则由铜线和铁芯构成。

在永磁风机的发电机中，永磁体固定在转子上，直接转动，由此产生电力。

由于永磁体不需要额外的电力来激励，这种发电机可以大大提高发电机的能效比，并且减少了发电机的重量和体积。

传动系统包括主轴、齿轮箱和发电机。

主轴是风机的转动部分，齿轮箱则是将主轴的转速变换为发电机所需要的转速。

为了适应不同的风速，永磁风机还配备了变桨机构，用来调节叶片的角度，提高风机的效率。

塔架是将风机固定在地面或者水下的支架，以保证风机稳定运行。

控制系统则负责调节发电机、变桨机构和传动系统的运行状态，确保风
机在不同的风速下都能正常发电。

总之，永磁风机的结构简单、可靠性高、效率较高，在未来的风能利用中，具有广阔的发展前景。

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。

永磁同步发电机的结构

永磁同步发电机的结构直驱式永磁发电机在结构上主要有轴向与盘式两种结构，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；另外还有双凸极发电机与开关磁阻发电机。

一、内转子永磁同步发电机1.结构模型图6-9为内转子永磁同步风力发电机组的结构模型。

与普通交流电机一样，永磁同步发电机也由定子和转子两部分组成，定子、转子之间有空气隙，转子由多个永久磁铁构成。

图6-10为内转子永磁同步发电机的结构模型。

图6-9 内转子永磁同步风力发电机组的结构模型图6-10 内转子永磁同步发电机的结构模型2.定子结构永磁同步发电机的定子铁芯通常由0.5mm厚的硅钢片制成以减小铁耗，上面冲有均匀分布的槽，槽内放置三相对称绕组。

定子槽形通常采用与永磁同步电动机相同的半闭口槽，如图6-11所示。

为有效削弱齿谐波电动势和齿槽转矩，通常采用定子斜槽。

定子绕组通常由圆铜线绕制而成，为减少输出电压中的谐波含量，大多采用双层短距和星形接法，小功率电机中也有采用单层绕组的，特殊场合也采用正弦绕组。

3.转子结构由于永磁同步发电机不需要起动绕组，转子结构比异步启动永磁同步电动机简单，有较充足的空间放置永磁体。

转子通常由转子铁芯和永磁体组成。

转子铁芯既可以由硅钢片叠压而成，也可以是整块钢加工而成。

根据永磁体放置位置的不同，将转子磁极结构分为表面式和内置式两种。

表面式转子结构的永磁体固定在转子铁芯表面，结构简单，易于制造。

内置式转子结构的永磁体位于转子铁芯内部，不直接面对空气隙，转子铁芯对永磁体有一定的保护作用，转子磁路的不对称产生磁阻转矩，相对于表面式结构可以产生更强的气隙磁场，有助于提高电机的过载能力和功率密度，但转子内部漏磁较大，需要采取一定的隔磁措施，转子结构和加工工艺复杂，且永磁体用量多。

图6-11 典型永磁同步发电机的结构示意图1—定子铁芯；2—定子槽；3—转子铁芯；4—永磁体；5—轴二、外转子永磁同步发电机1.外转子永磁同步风力发电机组外转子永磁同步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轭构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。

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。

直驱式永磁同步风力发电机组简介

直驱式永磁同步风力发电机组简介
直驱式永磁同步发电机采用永磁体外转子结构，相比较同功率的风力发电机组，尺寸和外径相对较小。

直驱永磁同步发电机组是风带动叶轮直接驱动转子转动，靠增加磁极的对数使发电机的额定转速下降达到转速调节的目的。

由于发电机组不需要增速齿轮箱，一般故障现象如润滑油泄漏，齿轮箱过载，机械损大等问题也减少很多，直接降低客户后期的运维成本。

直驱式永磁同步风力发电机组可以通过变桨系统来控制风力发电机组输出的最大功率，同时也会控制有功功率的上升变化率功能。

当风电场的风速急剧上升时，通过控制变桨的角度，风力发电机组不会出现因功率急剧上升载荷突然增大引起风机安全事故的情况。

同时永磁风力发电机组具备机端电压控制控制功能，机组具备有一定的无功调节能力，当系统出现电压波动时，可以控制和稳定机端电压。

直驱永磁同步发电机采用全功率变流器来实现并网，初始发电机发出交流电的电压和频率还有相位都不稳定。

需要通过整流单元整流变成直流电，经过电压升高，将电能输送到直流母排上，通过逆变单元把直流电逆变成能够和电网相匹配的电能。

变流器机侧和网侧有各有独立的控制器，各个系统之间通过控制器通讯进行数据交换和控制。

直驱永磁同步式发电机原理

直驱永磁同步式发电机原理
直驱永磁同步式发电机是一种利用永磁材料和直驱技术的发电机，其原理基于电磁学和磁学的基本原理。

以下是直驱永磁同步式发电机的基本工作原理：
1.永磁同步发电机结构：直驱永磁同步式发电机通常由转子和定
子两部分组成。

转子上嵌有永磁体，这些永磁体通常是稀土磁体，如钕
铁硼（NdFeB）。

定子上则布置有线圈。

2.永磁场产生：当转子旋转时，永磁体在转子上产生一个稳定的
磁场。

这个永磁场是由永磁体的磁性质所提供的，它可以保持在整个转
子旋转过程中不变。

3.电磁感应：定子上的线圈被永磁体的磁场穿过，根据法拉第电
磁感应定律，感应出电动势。

线圈上的导体通过这个感应电动势产生电
流。

4.直驱技术：直驱指的是发电机的转子直接与风力发电机的转子
（通常是风力涡轮机）相连接，而不需要传统的齿轮箱。

这减少了机械
部件，提高了传动效率，并减少了维护成本。

5.输出电能：通过调节定子上的电流，可以获得所需的输出电
能。

输出电流的交流特性可以通过逆变器进行转换，以匹配电网或存储
系统的要求。

直驱永磁同步式发电机的主要优点包括效率高、维护成本低、启动转矩大等特点。

这种发电机常用于风力发电系统，其中直驱技术可以提高整个风力涡轮系统的可靠性和效率。

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

v1 < v2 < v3 < v4
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

直驱永磁同步风力发电机介绍

直驱永磁同步风力发电机介绍导语：永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。

永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。

永磁风力发电机通常用于变速恒频的风力发电系统中，风力发电机转子由风力机直接拖动，所以转速很低。

由于去掉了增速齿轮箱，增加了机组的可靠性和寿命；利用许多高性能的永磁磁钢组成磁极，不像电励磁同步电机那样需要结构复杂、体积庞大的励磁绕组，提高了气隙磁密和功率密度，在同功率等级下，减小了电机体积。

永磁同步发电机从结构上分有外转子和内转子之分。

对于典型的外转子永磁同步发电机结构，外转子内圆上有高磁能积永磁材料拼贴而成的磁极，内定子嵌有三相绕组。

外转子设计，使得能有更多的空间安置永磁磁极，同时转子旋转时的离心力，使得磁极的固定更加牢固。

由于转子直接暴露在外部，所以转子的冷却条件较好。

外转子存在的问题是主要发热部件定子的冷却和大尺寸电机的运输问题。

内转子永磁同步发电机内部为带有永磁磁极、随风力机旋转的转子，外部为定子铁心。

除具有通常永磁电机所具有的优点外，内转子永磁同步电机能够利用机座外的自然风条件，使定子铁心和绕组的冷却条件得到了有效改善，转子转动带来的气流对定子也有一定的冷却作用。

另外，电机的外径如果大于4m，往往会给运输带来一些困难。

很多风电场都是设计在偏远的地区，从电机出厂到安装地，很可能会经过一些桥梁和涵洞，如果电机外径太大，往往就不能顺利通过。

内转子结构降低了电机的尺寸，往往给运输带来了方便。

内转子永磁同步发电机中，常见有四种形式的转子磁路，分别为径向式、切向式、和轴向式。

相对其它转子磁路结构而言，径向磁化结构因为磁极直接面对气隙，具有小的漏磁系数，且其磁轭为一整块导磁体，工艺实现方便；而且径向磁化结构中，气隙磁感应强度接近永磁体的工作点磁感应强度，虽然没有切向结构那么大的气隙磁密，但也不会太低，所以径向结构具有明显的优越性，也是大型风力发电机设计中应用较多的转子磁路结构。

第4章永磁直驱风力发电机组

4.5基于感应发电机的风电机组 4.5.1 笼型感应发电机
4.5.2.恒速恒频风电机组
4.5.3.双速恒频机组
4.5.4优化转差机组
4.5.5变速恒频机组
几种创新型风力发电机组
第4章永磁直驱风力发电机组及其它
4.1永磁直驱风电机组的组成 4.2永磁直驱风电机组发电系统 4.3永磁直驱风电机组机舱总成 4.4其他同步风电机组 4.5基于感应发电机的风电机组
4.1永磁直驱风电机组的组成
直驱永磁风力发电机组由风力机、发电系统、制动系统、监控系统、温控和润滑系统等组成。其主要特点是采用多极永磁同步发电机（PMSG）和全功率变流器，发电机轴直接连接到风轮上。
1.直流侧电压控制 2.PWM波的产生 3.交流侧电流的控制
4.3永磁直驱风电机组机舱总成
4.3.1主传动单轴承
发电机内部制动机构
4.4其他同步风电机组 4.4.1电励磁直驱式风电机组
4.4.2应用液力机械增速箱的风电机组
4.4.3应用电磁调速的风电机组
外转子内转子
外转子
4.2永磁直驱风电机组发电系统
4.2.1永磁同步发电机 1.结构
2.工作原理
3. 磁极结构
内转子
外转子
4.2.2变流器 1.不可控整流+Boost+逆变
2.背靠背双PWM变流器
4.2.3发电系统保护电路 1.定子侧保护电路
2.电网侧保护电路
4.2.4变流器的控制策略

永磁同步直驱式风电机zw_wz

试比较永磁同步直驱式和双馈感应式风电机组的结构、造价、适用场合和工作特性以及工作原理的不同。

结构直接驱动式永磁风力发电系统结构如下图，风轮机直接祸合永磁风力发电机，发电机输出由可控硅整流后，再经逆变器将能量发送给电网或蓄电池。

双馈结构：叶轮—主轴—齿轮箱—连轴器—发电机（变流器—滑环—转子）—电网工作原理及工作特性直驱系统主要由风力机(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。

就空间位置而言，交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。

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。

直接驱动型采用多极异步电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，从而免去了齿轮箱这一传统部件。

Mw级的风力发电机一般需采用3级齿轮增速，将风力机的转速由每分钟数十转增至上千转，齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪声，而且由于机械磨损需要润滑清洗等定期维护，往往成为系统机械故障的重要来源。

取消增速机，采用风力机直接驱动的发电机对于提高系统效率和运行可靠性具有重要意义。

直接驱动式发电系统必须采用超低速的发电机。

当发电机输出电压频率不变时，电机绕组的极数与转速成反比，而电机电磁功率与转速成正比，如果保持与高速电机具有相同的额定功率，直接驱动低速发电机就必须有较多的极数和较大的体积，因此，就提高了发电机的制造成本。

此外，低速发电机由于极数很多而受其铁芯尺寸和槽数所限，每极每相槽数过少而无法采用正常的分布和短距绕组，致使发电机的输出电压、电流波形含有较大的谐波分量，给发电机绕组设计带来很大困难。

双馈式发电机是变速运行风电系统的一种，包括风力机、齿轮箱、感应发电机、PWM 变频器和直流侧电容器等。

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。

5KW直驱式永磁风力发电机的设计

摘要当今对可再生能源的开发利用中，风能由于其突出的优点而成为了研究的热点，风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最现实的选择。

直驱永磁同步风力发电机去掉了风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力机直接拖动电机转子运转在低速状态，这样就没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等问题，从而提高了运行的可靠性。

本文对风力发电机的发展史和风力发电机的种类进行了详细的介绍；根据永磁电机的技术要求，进行电磁方案的初步设计，确定电机的基本结构、永磁体和铁心尺寸及绕组参数；应用ANSOFT软件进行风力发电机的设计并优化永磁发电机的性能指标。

关键词: 风力发电机，永磁电机设计，ANSOFT软件ABSTRACTRecently ,the renewable energy such as wind power have been strongly encouraged because of environmental problem and shortage of traditional energy sources in the near future．Without the typical gearbox in wind-generating system and the disadvantages caused by gearbox，the PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator)is directly driven by the wind turbine at low speed，which makes the operation of the generator more liable.The history of the development of wind turbines and wind turbine types were described in detail; Based on permanent magnet motor of the technical requirements，designer makes the preliminary design of the electromagnetic program, and determines the basic structure of the motor, permanent magnet and the core size and winding parameters; Apply ANSOFT ware to design wind turbine and to optimize performance of permanent magnet generator.KEY WORDS：Wind turbine, permanent magnet motor design, ANSOFT software目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 风力发电机的发展历史概述 (1)1.2 风力发电机的分类 (2)1.2.1直驱式风力发电机 (2)1.2.2双馈式风力发电机 (2)1.3 永磁风力发电机的特点 (3)1.4 本设计开发的风力发电机 (4)第2章永磁风力发电机的设计 (5)2.1发电机结构的选取 (5)2.2 永磁同步发电机电机转子磁路结构 (6)2.2.1切向式转子磁路结构 (6)2.2.2径向式转子磁路结构 (7)2.2.3混合式转子磁路结构 (8)2.2.4轴向式转子磁路结构 (8)2.3 励磁电动势和气隙合成电动势 (9)2.4 交、直轴电枢反应和电枢反应电抗 (12)2.5 固有电压调整率和降低措施 (13)2.6 短路电流倍数的计算 (14)2.7 永磁同步发电机电动势波形 (15)2.8 永磁材料的性能和选用 (16)2.8.1热稳定性 (16)2.8.2磁稳定性 (17)2.8.3化学稳定性 (17)2.8.4时间稳定性 (17)2.8.5永磁材料的选择原则为： (17)2.8.6 主要尺寸的选择 (18)2.8.7 永磁体尺寸与电磁负荷的选择 (19)2.8.8 定子绕组参数 (20)2.9手算算例 (23)第3章运用ansoft软件进行风力发电机的设计 (28)3.1 ansoft软件介绍 (28)3.2 RMXPRT介绍及应用 (28)3.2.1 RMXPRT工作界面 (28)3.2.2RMXPRT的特点 (30)3.3 Maxwell控制板 (31)3.3.1定子设计 (32)3.3.2定子绕组设计 (33)3.3.3转子磁极数据 (34)3.4设计输出 (35)3.5性能曲线 (41)第4章结论 (48)致谢 (49)参考文献 (50)第1章绪论1.1 风力发电机的发展历史概述我国是最早使用风帆船和风车的国家之一，至少在3000年前的商代就出现了帆船，到唐代风帆船已广泛用于江河航运。

描述直驱风力发电机的结构组成

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描述直驱风力发电机的结构组成
直驱风力发电机就像是一个超级大的机械怪兽，有着好多独特的部件呢。

首先得说说它的叶轮，这叶轮可大了去了，就像巨大的风车叶片一样。

叶轮可是捕捉风能的重要家伙，风一吹，它就开始欢快地转动起来。

它的叶片一般都是又长又结实的，能承受住很大的风力。

然后就是它的发电机啦，这个发电机和叶轮是直接连接的哦，这也是直驱风力发电机名字的由来呢。

发电机里面有着很复杂的结构，有定子和转子这些部件。

定子就像是一个安静的大框架，而转子就在里面快速地转动，它们相互配合，就把机械能转化成电能啦。

再就是它的机舱，机舱就像是整个发电机的小房子，把很多重要的部件都保护在里面。

机舱里面除了有发电机，还有一些控制系统呢。

这些控制系统就像是发电机的大脑，指挥着整个发电机什么时候该转，转多快之类的。

还有它的塔架，塔架那是相当的高啊。

它得把整个叶轮和机舱都高高地举起来，这样才能让叶轮接触到更高处更强劲的风。

塔架就像是一个巨人，稳稳地支撑着上面的所有部件。

最后就是它的基础啦，基础可是整个直驱风力发电机的根基。

它得牢牢地扎根在地上，不管是狂风还是暴雨，都要保证整个发电机不会倒下。

基础一般都是用很坚固的混凝土之类的材料建造的，要承受住巨大的重量和风力产生的拉力。

直驱风力发电机就是靠着这些部件相互配合，才能够源源不断地把风能转化成电能，为我们的生活提供电力支持呢。

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