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。
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。
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。
观看中间定子直驱式风力发电机动画请到以下网址：
https://www.doczj.com/doc/6710689462.html,/programs/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，其线圈槽是开在铁芯圆周的外侧。
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。
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
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。
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，
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：
https://www.doczj.com/doc/6710689462.html,/v_show/id_XMTM2Nzg3NDQw.html
或
https://www.doczj.com/doc/6710689462.html,/programs/view/3qQsAvxrcRc/
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。
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
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。 直驱风力发电变速恒频机组示意图 直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁与永磁两种。电励磁直驱
风力发电机介绍 目录 1. 风力发电发展的推动力 2.风力发电的相关参数 2.1.风的参数 2.2.风力机的相关参数（以水平轴风力机为例） 3.风力机的种类 3.1.水平轴风力机 3.2.垂直轴风力机 4.水平轴风力机详细介绍 4.1.风轮机构 4.2.传动装置 4.3.迎风机构 4.4.发电机 4.5.塔架 4.6.避雷系统 4.7.控制部分 5.风力发电机的变电并网系统 5.1.（恒速）同步发电机变电并网技术
5.2.（恒速）异步发电机变电并网技术 5.3.交—直—交并网技术 5.4.风力发电机的变电站的布置 6.风力发电场 7.风力机发展方向 1. 风力发电发展的推动力： 1) 新技术、新材料的发展和运用； 2) 大型风力机制造技术及风力机运行经验的积累； 3) 火电发电成本（煤的价格）上涨及环保要求的提高（一套脱硫装置价格相当 一台锅炉价格）。 2. 风力发电的相关参数： 2.1. 风的参数： 2.1.1. 风速： 在近300m的高度内，风速随高度的增加而增加，公式为： V：欲求的离地高度H处的风速； V0：离地高度为H0处的风速（H0=10m为气象台预报风速的高度）； n：与地面粗糙度等因素有关的指数，平坦地区平均值为0.19～0.20。 2.1.2. 风速频率曲线：
在一年或一个月的周期中，出现相同风速的小时数占这段时间总小时数的百分比称风速频率。 图1：风速频率曲线 2.1. 3. 风向玫瑰图(风向频率曲线)： 在一年或一个月的周期中，出现相同风向的小时数占这段时间总小时数的百分比称风向频率。以极座标形式表示的风向频率图叫风向玫瑰图。 图2：风向玫瑰图
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。 编辑本段直驱永磁风力发电机组特点 直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点[1]： 1.发电效率高：直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。
你好,你的这个问题问的比较广。我大概给你阐述下,对于现在国内国外大型水平轴风力发电机组,有双 馈机和永磁直驱发电机。 永磁直驱发电机顾名思义是在传动链中不含有增速齿轮箱。 总所周知,一般发电机要并网必须满足相位、幅频、周期同步。而我国电网频率为50hz这就表示发电机要发出50hz的交流电。学过电机的都知道。转速、磁极对数、与频率是有关系的n=60f/p。 所以当极对数恒定时,发电机的转速是一定的。所以一般双馈风机的发电机额定转速为1800r/min。而叶轮转速一般在十几转每分。这就需要在叶轮与发电机之间加入增速箱。 而永磁直驱发电机是增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降,这样就不需要增速齿轮箱,故名直驱。而齿轮箱是风力发电机组最容易出故障的部件。所以,永磁直驱的可靠性要高于双馈。 对于永磁直驱发电机的磁极部分是用钕铁硼的永磁磁极,原料为稀土。 风轮吸收风能转化为机械能通过主轴传递给发电机发电,发出的电通过全功率变流器之后过升压变压器上网。 不知道有木有解释清楚。 还有什么不清楚可以继续追问,知无不言。 风力发电机也在逐步的永磁化。采用永磁风力发电机,不仅可以提高发电机的效率,而且能在增大电机容量的同时,减少体积,并且因为发电机采用了永磁结构,省去了电刷和集电环等易耗机械部件,提高了系统的可靠性,这也是风电发电机的发展趋势之一。
风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。目前大多风电系统发电机与风轮 并不是直接相连,而是通过变速齿轮相连,这种机械装置不仅降低了系统的效率,增加了系统的成本,而且容易出现故障,是风力发电急需解决的瓶颈问题。直驱式风力发电机可以直接与风轮相连,增加了系统的稳定性,同时增大了电机的体积和设计制造以及控制的难度。直驱型风力发电系统是采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电,通过功率变换电路将电能转换后并入电网,相对于双馈型发电系统,直驱式发电机采用较多的极对数,使得在转速较低时,发电机定子电压输出频率仍然比较高,完全可以在电机的额定等级下工作,并且其定子输出电压通过变流器后再和电网相接,定子频率变化并不会影响电网频率。在直驱风力发电系统中风机与发电机直接耦合,省去了传统风力发电系统中的国内难以自主生产且故障率较高的齿轮箱这一部件,减少了发电机的维护工作,并且降低了噪音。另外其不需要电励磁装置,具有重量轻、效率高、可靠性好的优点。 直驱永磁发电机与双馈异步发电机技术相比,由于不需要转子励磁,没有增速 齿轮箱,效率要比双馈发电机高出20%以上,年发电量要比同容量的双馈机型高;增 速齿轮箱故障较高,维护保养成本高,直驱永磁发电机不需要齿轮箱,易于维修保养;直驱永磁发电机采用全功率的交-直-交变频技术,与电网隔离,具有低电压穿越能力,对电网友好; 直驱永磁发电机的缺点是稀土永磁材料成本高,导致整机成本相对较高,永磁 材料在高温、震动和过电流情况下,有可能永久退磁,致使发电机整体报废,这是直驱永磁发电机的重大缺陷。
直驱风力发电机分类 直驱式风力发电机组在我国是一种新型的产品，但在国外已经发展了很长时间。目前我国在直驱式风机中系统的研究相对传统机型较少，但开发直驱式风力发电机组也是我国日后风机制造的趋势之一。 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。另外一些无齿轮箱直驱风力发电机，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。 我国主要的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）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）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）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音； （4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本； （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）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿； （7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。
永磁式硅整流风力发电机设计 小型永磁式硅整流风力发电机，由于采用了永磁体励磁，省去了碳刷、滑环及励磁绕组，避免了碳刷与滑环引起的火花放电，且工艺简单、维护方便、效率较高。但由于永磁式发电机的磁场无法人工调节，在电机制成之后，输出电压随风速(转速)的变化而波动。而其所带负载—蓄电池及用电设备则要求供电电压恒定不变。当供电电压较低时，对蓄电池无法充电，用电设备无法长期工作，而当电压超过额定值较多时，则会造成蓄电池的过充损伤，降低使用寿命，严重的可能烧坏用电设备。图1表示风力发电机输出电压对12V灯泡发光强度及使用寿命的关系特性。
能源环境 双馈式、直驱式风力发电机的对比 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司（黑龙江哈尔滨） 范磊 【摘 要】双馈式风力发电机与直驱式风力发电机是两种各有优势的机型，二者属于相互竞争的关系，同时它们也是相互促进的，这就是常说的有竞争就有进步，最终形成优势互补。本文对这两种机型分别进行了描述、比较，为这两种大型风力发电机的应用奠定一定的理论基础。 【关键词】齿轮箱；永磁电机；变速箱 前言 本文通过对直驱式和双馈式两种不同的风力发电机进行描述，并从二者的主要结构特性对其各自不同的优缺点进行分析阐述，以增进人们的了解，使其得到更好的应用充分发挥其自身机能和作用。 1、双馈式异步发电机 双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。目前美国GE能源、EMD；德国VEM Sachsenwerk GmbH，LDW；瑞士ABB等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。目前，市场占有率最高的双馈变速恒频风力发电机组，其风轮桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能，效率较高。在低于额定风速时，它通过改变转速和桨距角使机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变桨距角使机组功率输出稳定在额定功率。这种形式的性价比和效率均较高，逆变器功率较小。调速范围达到30%额定转速，变流的容量只有系统容量的30%左右，变速恒频驱动和MPPT控制，有功、无功功率可独立进行控制。双馈异步发电机在结构上与绕线式异步电机相似，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，定子接入电网，电网通过四象限AC-DC-AC变频器向发电机的转子供电，提供交流励磁。但存在滑环和变速箱的问题，对电网的冲击较大。 由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求，发电机转速是在不断的变化，而且经常在同步转速上、下波动，为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行。在变速恒频风力发电机中，跨越同步速是变速恒频双馈风力发电机励磁控制关键技术之一。这要求转子交流励磁电源不仅要有良好的变频输入、输出特性，而且要有能量双向流动的能力。现有的技术是采用IGBT器件(绝缘栅双极晶体管)构成的PWM(脉宽调制)整流—PWM逆变型式的AC-DC-AC变频器作为其励磁电源，向发电机的转子绕组提供励磁电流，对定子实现定向矢量控制。控制电流由滑环导入，实现亚同步、同步和超同步运行方式之间的转换，采用这种技术的双馈式异步发电机其转速控制范围可达到同步转速的60%。为了获得较好的输出电压电流波形，输出频率一般不超过输入频率的1/3。其容量一般不超过发电机额定功率的30%，通常只需配置一台1/4功率的变频器。 有刷双馈发电机存在滑环和变速箱的问题，运行可靠性差，需要经常维护，其维护保养费用远高于无齿轮箱变速永磁同步风力发电机，并且这种结构不适合运行在环境比较恶劣的风力发电系统中。近年来国内外风力发电机组故障率最高的部件当数齿轮箱，而齿轮箱的故障绝大多数是由于轴承的故障造成。 齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。 2、直驱式永磁同步发电机 所谓“同步”发电机，就是指发电机转子磁场的转速(原动机产生)与定子磁场的转速(电力系统频率决定)相等。这种无齿轮箱变浆距变速的风力发电机组，其风轮轴直接与发电机联接。永磁同步发电机不需要励磁绕组和直流励磁电源，取消了容易出故障的转子上的集电环和电刷装置，成为无刷电机，不存在励磁绕组的铜损耗，比同容量的电励磁式的发电机效率高，结构简单，运行可靠。 这种风力发电机要求全功率变流器，在与电网合闸前，为避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩，需要满足一定的并联条件，端电压、频率与电网必须相同。要求发电机具有高质量地将风能转化为频率、电压恒定的交流电，高效率地实现机电能量转换。 永磁直驱式风力发电机其特点是电机转速低，极数多，结构简单，无变速箱，可靠、长寿命，低噪声，大功率，无滑环，安装和维护费用低。但不足之处是体积大，有失磁之忧，且转子的制造难度比较大。同时这种风力发电机制造成本较高，是双馈变速恒频机的1.3倍。 德国埃纳康（Enercon GmbH）公司在1993年研制成功了直驱式风力发电机，1997年将产品推向了市场，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，已开发了容量为330kw、800kw、900kw、2000kw和2300kw的多种机型。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Windformer，该机高约70米、风扇直径约90米。2003年，日本三菱重工完成MWT-S2000型风力发电机的研制工作，这种直驱式风力发电机组采用的是永磁同步电机。2004年德国西门子公司通过收购世界著名的丹麦Bonus Energy(柏纳斯)公司也开发了直驱式风力发电机。 目前，还有荷兰Wi ndbrokers公司，荷兰Emerg ya Wi nd Technologies NV(EWT)、德国Innovative 公司，德国Vensys公司、德国Avavtis公司、瑞典的ABB等公司，韩国Unison公司和国内的新疆金风科技股份有限公司、湖南湘电风能有限公司、东风汽轮机厂、上海万德风力发电股份有限公司、广西银河艾万迪斯风力发电有限公司、常州新誉风力发电设备有限公司、哈尔滨电站设备集团公司、中国运载火箭技术研究院、江西麦德风能股份有限公司等都在研制直驱式风力发电机。 新疆金凤科技股份公司已在2006年与德国Vensys公司合作研制出1.5兆瓦直驱式风力发电机。2007年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，并在2007年11月成功完成了2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组试车；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合研制的2.5兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年下半年完成样机。永磁材料钕铁硼的最高工作温度较低。一般为80℃左右，在经过特殊处理的磁铁，其最高工作温度也只能是240℃。如果永磁同步发电机通风系统出现问题，过高的温度会造成永磁材料磁性能降低，甚至不可逆去磁。 尽管永磁电机已经过了几十年的研究，但其设计至今还没有一套系统的公式和经验曲线作为依据。变速恒频风力发电系统中的直驱永磁风力发电机的外形尺寸大、工作转速低，通常是一种扁平状的结构。 3、结论与展望 风电发展以来，直驱与双馈两种机型就一直是竞争关系。随着风电行业的继续发展，直驱与双馈两种机型的性能的优缺点会不断的显露出来，性能和成本会成为最主要的考核指标。
风力发电技术概述 一、国内外风电发展历史、现状 风能是太阳能的一种表现形式。它是由太阳的热辐射引起的空气流动。太阳把自己能的绝大部分以热的形式给了地球，而到大气求得太阳能约有2%转变为风。所以，地球上风能资源蕴藏丰富。 人类对于风能的开发利用也很早就开始了。对风能的利用首先出现在波斯，在荷兰和英国的风车磨坊大约从公元七世纪就广泛应用，在中国对风能的利用至少不晚于13世纪中叶，主要用于磨面和提水灌溉。利用风力发电的设想始于1890年的丹麦，到1918年，丹麦已拥有120台风力发电机1931 年前苏联采用螺旋桨式的叶片建造了一台大型风力发电机。随后，各国相距建造了一大批大型风力发电机。 但是，近代火力、水力发电机的广泛应用和20世纪50年代中东油田的发展，使风力发电机的发展缓慢下来。20世纪70年代后，由于能源短缺，人类生存环境的进一步恶化，环境与能源问题成为当今世界面临的两大挑战。因此寻求无污染、可再生的能源成为科技界的一大目标。风能这一古老而丰富的自然资源，以其易于获得并转换，且分布广泛无污染又能够不断再生，而被重新认识，开发和利用。此时的风力发电机设计应用了航空器的成熟理论，使得风力机的效率比老式的风车提高了几倍乃至十倍。欧美工业发达国家凭借其先进的科技和工业水平，投入数以亿美元计的研制经费，相继制造了兆瓦级风力发电机，形成了风能工业，使风力机的概念由单机运行发展到并网运行和建成有相当规模的风车田。据报道，截止1990年底的报道材料统计，全球风力发电设备总装机容量已经达到3800MW，其中美国约200MW，而且各国正在不断加大对风能开发的投入。面对新世纪的来临，美国、丹麦、荷兰、德国、日本和英国等国家纷纷制定出能源规划的长远目标。 在我国风力发电机组的研制工作开展较早，但是没得到足够的重视与支持，因而发展较慢。五十年代后期有过一个兴旺时期，吉林、辽宁、内蒙古、江苏、安徽和云南等省都研制过千瓦级以下的风车，但是没有做好巩固和发展成果的工
双馈式\直驱式风力发电机的对比 【摘要】双馈式风力发电机与直驱式风力发电机是两种各有优势的机型，二者属于相互竞争的关系，同时它们也是相互促进的，这就是常说的有竞争就有进步，最终形成优势互补。本文对这两种机型分别进行了描述、比较，为这两种大型风力发电机的应用奠定一定的理论基础。 【关键词】齿轮箱；永磁电机；变速箱 前言 本文通过对直驱式和双馈式两种不同的风力发电机进行描述，并从二者的主要结构特性对其各自不同的优缺点进行分析阐述，以增进人们的了解，使其得到更好的应用充分发挥其自身机能和作用。 1、双馈式异步发电机 双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。目前美国GE能源、EMD；德国VEM Sachsenwerk GmbH，LDW；瑞士ABB等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。目前，市场占有率最高的双馈变速恒频风力发电机组，其风轮桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能，效率较高。在低于额定风速时，它通过改变转速和桨距角使机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变桨距角使机组功率输出稳定在额定功率。这种形式的性价比和效率均较高，逆变器功率较小。调速范围达到30%额定转速，变流的容量只有系统容量的30%左右，变速恒频驱动和MPPT控制，有功、无功功率可独立进行控制。双馈异步发电机在结构上与绕线式异步电机相似，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，定子接入电网，电网通过四象限AC-DC-AC 变频器向发电机的转子供电，提供交流励磁。但存在滑环和变速箱的问题，对电网的冲击较大。 由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求，发电机转速是在不断的变化，而且经常在同步转速上、下波动，为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行。在变速恒频风力发电机中，跨越同步速是变速恒频双馈风力发电机励磁控制关键技术之一。这要求转子交流励磁电源不仅要有良好的变频输入、输出特性，而且要有能量双向流动的能力。现有的技术是采用IGBT器件(绝缘栅双极晶体管)构成的PWM(脉宽调制)整流—PWM逆变型式的AC-DC-AC变频器作为其励磁电源，向发电机的转子绕组提供励磁电流，对定子实现定向矢量控制。控制电流由滑环导入，实现亚同步、同步和超同步运行方式之间的转换，采用这种技术的双馈式异步发电机其
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。
几种典型的风力发电系统对比分析 摘要：随着环境和能源问题的日益严峻，可再生能源的开发，尤其是风力发电技术已被越来越多的国家所重视，而对应用在风力发电系统中的逆变器和调制方法的研究尤为重要。重点阐述了我国的风能资源情况和我国目前的发展状况，指出了存在的主要问题，分析了产生这些问题的原因，明确了我国风力发电事业发展的主要措施和途径，并进一步阐述了风力发电在未来的发展趋势及风力发电的优势。 引言 能源与环境问题已经成为全球可持续发展面临的主要问题，日益引起国际社会的广泛关注，并寻求积极的对策。风能是一种可再生、无污染的绿色能源，是取之不尽、用之不竭的，而且储量十分丰富。据估计，全球可利用的风能总量在53000TWh/年。风能的大规模开发利用，将会有效减少化石能源的使用、减少温室气体排放、保护环境。大力发展风能已经成为各国政府的重要选择。 在风力发电中，当风力发电机与电网并联运行时，要求风电频率和电网频率保持一致，即风电频率保持恒定，因此，风力发电系统分为恒速恒频发电机系统（CSCF系统）和变速恒频发电机系统（VSCF系统）。恒速恒频发电机系统是指在风力发电过程中保持发电机的转速不变从而得到和电网频率一致的恒频电能。恒速恒频系统（CSCF系统）一般来说比较简单，所采用的发电机主要是同步发电机和鼠笼型感应发电机，前者运行于电机极数和频率所决定的同步转速，后者则以稍高于同步转速的速度运行。变速恒频发电机系统（VSCF），是指在风力发电过程中发电机的转速，并以随风速变化而通过其它的控制方式来得到和电网1恒速恒频发电系统 目前，单机容量为600kW～750kW的风电机组多采用恒速运行方式，这种机组控制简单，可靠性好，大多采用制造简单，并网容易，励磁功率可直接从电网中获得的笼型异步发电机。恒速风电机组主要有两种类型：定桨距失速型和变桨距风力机。定桨距失速型风力机利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能，功率调节由风轮叶片来完成，对发电机的控制要求比较简单。这种风力机的叶片结构复杂，成型工艺难度较大。而变桨距风力机则是通过风轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率。由于采用的是笼型异步发电机，无论是定桨距还是变桨距风力发电机，并网后发电机磁场旋转速度由电网频率所固定，异步发电机转子的转速变化范围很小，转差率一般为3%~5%，属于恒速恒频风力发电机。 1.1定桨距失速控制 定桨距风力发电机组的主要特点是桨叶与轮毅固定连接，当风速变化时，桨叶的迎风角度固定不变。利用桨叶翼型本身的失速特性，在高于额定风速下，气流的功角增大到失速条件，使桨叶的表面产生紊流，效率降低，达到限制功率的目的。采用这种方式的风力发电系统控制调节简单可靠，但为了产生失速效应，导致叶片重，结构复杂，机组的整体效率较低，当风速达到一定值时必须停机。 1.2变距调节方式 在目前应用较多的恒速恒频风力发电系统中，一般情况要维持风力机转速的稳定，这在风速处于正常范围之中时可以通过电气控制而保证，而在风速过大时，输出功率继续增大可能导致电气系统和机械系统不能承受，因此需要限制输出功率并保持输出功率恒定。这时就要通过调节叶片的桨距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩。由于变桨距调节型风机在低风速时，可使桨叶保持良好的攻角，比失速调节型风机有更好的能量输出，因此，比较适合于平均风速较低的地区安装。变桨距调节的另外一个优点是在风速超速时可以逐步变化到无负载的全翼展模式位置，避免停机，增加风机发电量。对变桨距
风机介绍 1.5MW半直驱式变速恒频风力发电机组设计基于半直驱技术，采用水平轴、三叶片、 上风向、变桨变速调节、中低速永磁同步发电机及全功率变频并网的总体设计方 案。 半直驱式变桨变速恒频风电机组是近年来发展起来的机型，它结合了直驱式风电 机组和双馈式风电机组的优点，技术先进，可靠性高，性能优越。 （1）机舱罩（2）偏航减速机（3）高速制动盘（4）低速永磁发电机 （5）增速箱（6）叶片（7）导流罩及变桨系统（8）支撑系统 （9）塔筒（10）液压站（11）温控系统 机组主要技术特点： 1.可靠性高 1.5MW半直驱式变速恒频风力发电机组传动链采用创新设计结构形式，选择了相对可靠的一级行星传动齿轮箱，优化增速比。避免了三级齿轮箱的诸多风险。半直驱机组采用中低速永磁同步发电机，不存在电励磁环节，结构简单，减少了因发电机转子和定子之间的间隙加大，使发电机受到污染，侵蚀，而造成的发电机寿命降低。
2.风能利用率高 一级行星齿轮箱和低速永磁同步发电机组成转动链，中间环节少、机械传动损失小，配合全功率变频器，调速范围很宽，可满足风机各风速条件下轮毂最佳转速的要求，可使叶片始终处于最佳叶尖速比的运行条件下。 3.电能品质优越 采用双侧IGBT全功率液冷四象限变频器，转换效率高，并网时功率输出平滑；配合内部的滤波器，谐波畸变小；并能根据用户需求进行无功补偿，可以满足最新的电网低电压穿越要求（LVRT），适合各种电网规范。 4.可维护性好 机组的维护项目少、维护成本低、无需特殊吊装设备、对维护人员没有特殊要求，机组有充裕的空间满足维护和人机工程学要求，所有部件具有最佳的可维护性。
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。由于压力分布在叶素上而产生的载荷，可以用两个力（升力L 垂直于风向V；阻力D 平行于风向并与升力垂直）和一个力矩（俯仰力矩M）来表示。[2] 对于变桨距风力机来说，调节变桨也同时意味着调节功角的大小。变桨距风力机的实际工作中，往往也通过轴承机构转动叶片来减小功角α，以此来减小CL，减小升力，扭矩和功率。 （Direct-driven Wind Turbine Generators）直驱式风力发电机，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。 3.0MW 风机的机舱重量和尺寸与2.0MW 相当，但发电性能却提高了50％。为了减轻重量，方便运输，使用高强度钢板（型号为S355 J2G3/NL）来制造塔筒。内饰件不是通过焊接方式，而是采用磁铁固定在塔筒上，从而增加塔筒的疲劳强度。总之，重量轻是我们风机的显著特点， 3.0MW 机舱重量70吨，叶轮（含叶片和轮毂）重量41 吨，80 米塔筒重量160 吨，比其他同级别机型轻得多。导流罩和机舱罩采用流线型设计，以减少塔架和基础所承受的载荷。在叶片承载结构中使用碳纤维材料，提高强度，减轻重量。叶片还采用新翼型来提高气动效率。在控制策略方面，当塔筒或传动系统出现大幅度振动时，可以通过调节叶轮或发电机转速来增加阻尼，消除振动。另外，把干式变压器安装在机舱内，可节省塔筒内电缆的重量和成本。截至2008年底，近300 台3.0MW 风机投入运行，其中96 台安装在海上。直驱式风机用的新型永磁同步发电机，主要特点是直径小，重量轻（为现有产品重量的20－30％），采用非金属定子。通常，同步发电机与全容量变流器结合，可以显著改善电能质量，减轻对低压电网的冲击，保障风电并网后的电网可靠性和安全性。与双馈式风机（通常变流器容量为1/3的风机额定功率）相比，全容量变流器可以更容易实现低电压维持运行（Low Voltage Fault RideThrough）等功能，满足电网对风电并网的需要。
一种1.5MW半直驱风力发电机组 作者：丁长文 来源：《科技创新导报》2011年第33期 摘要:本文对1.5MW半直驱风力发电机组技术进行说明。 关键词:半直驱风力发电机组 中图分类号:TM315 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)11(c)-0062-01 1.5MW半直驱式变速恒频风力发电机组,是我公司自主研制的产品,机组设计基于半直驱技术,采用水平轴、三叶片、上风向、变桨变速调节、中低速永磁同步发电机及全功率变频并网的总体设计方案。半直驱式变速恒频风电机组是近年来发展起来的机型,它结合了直驱式风电机组和双馈式风电机组的优点,技术先进,可靠性高,性能优越。 1 机组各部分组成和功能 1.1 叶轮系统 该系统主要由轮毂、变桨轴承、叶片、变桨驱动、控制系统及整流罩等组成。 轮毂是叶轮的主要承载零件,采用耐低温球墨铸铁铸造,轮毂总体形状为截球形;叶轮包括3片叶片,叶片由树脂增强玻璃钢制造。 轮毂外面有复合材料整流罩进行防护,整流罩上设计制作了踏板,维修人员通过整流罩和机舱罩通道借助踏板,将很方便的进入轮毂内部,对叶轮系统进行维护和保养。 1.2 齿轮箱 增速箱为一级行星齿轮箱,采用前后法兰连接形式;结构简单、传动效率高;增速箱上设置了温度传感器、加热器和压力传感器等,由主控实时监控其运行状况。主要技术参数如下: 增速比:1:7.5;额定输出转速:150rpm;额定功率:1650kW;效率:≥0.98。 1.3 发电机 发电机采用低速永磁同步发电机,内转子结构,后轴伸出端安装刹车盘,低速发电机输出的电能全部功率通过变频器。主要技术参数如下:
额定输出功率:1650Kw;额定频率:40 Hz;转速范围:40～160r/min 额定转速:150r/min;防护等级:IP54;绝缘等级:H;冷却方式:水冷;轴承润滑方式:自动加注润滑脂;额定功率时效率:≥0.97。 1.4 偏航系统 系统主要由偏航轴承、偏航驱动器、制动器主动式刹车装置、制动盘、风向仪自动除冰装置和扭转传感器组成。偏航系统是风力发电机主动对风执行者,在机舱顶部的风向仪不断测量风向,当风向改变需要对风时,偏航液压刹车制动器松开,4台四级减速的偏航驱动器启动,旋转风机对正风向。 1.5 主控系统 主控系统的主要功能有:机组的正常运行控制、起停控制、最大功率跟踪控制、发电机转速控制、自动调整叶片角度、自动偏航及解缆、安全保护、集中及远程监控等控制功能。系统采用国际上成熟的MITA WP4000控制系统,WP4000是为风力发电专门设计的嵌入式控制器,属于MITA第六代风机控制系统。 WP4000属于风力发电专用控制系统,具有以下特点:高度模块化设计;基于硬件的冗余设计;开放式结构、便于扩展;方便快捷的安装、配置方式(即插即用);可利用率高;模块之间内部采用1M CAN BUS,骨干网采用100M以太网光纤,有第三方总线兼容功能;具有较高的可靠性,性价比,市场接受度高,服务方便。 1.6 变频系统 变流器的核心是具有国际领先水平的高性能的液冷四象限工业变频器系统,电力变流器前后端均装有优化设计的滤波器,发电机侧的整流器优化转距及负载输出需求从而控制发电机,网侧的逆变器将生产出的能源转变为稳定、高质量的50HZ交流电,输入电网。整流器和逆变器的功率因数可以根据发电机负载需求和网侧无功补偿需求而优化调整。该变流器是模块化的高性能产品,专为满足联网用变速发电机而设计,内有功率部件、控制单元、保护及通讯设备等。 主要技术参数如下: 额定输出功率:1500Kw;额定频率:50±0.1Hz;最大频率波动:±0.5Hz(少于1小时); 功率因数:0.9-1(可调,容性或感性)。 1.7 机舱罩 使用玻璃纤维增强聚酯复合材料制造,机舱罩由上、下三件组合而成,便于生产制造、运输和安装,外面是防腐表面,设计充分考虑密封和换气、防沙尘和寒冷以及气动力学因素和工业造型美学因素。
风力发电机组的分类及各自特点 风力发电机组的分类及各自特点 风力发电机组主要由两大部分组成： 风力机部分――它将风能转换为机械能； 发电机部分――它将机械能转换为电能。 根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组 合，风力发电机组可以有多种多样的分类。 (1) 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为： “水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置； “垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。 (2) 按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。 (3) 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机；叶片的数目由很 多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。 大型风力发电机可由1、2 或者3 片叶片构成。 叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。而如果叶片太多，它们之 间会相互作用而降低系统效率。目前3 叶片风电机是主流。从美学角度上看，3 叶片的风电机看上去较为平衡和美观。 (4) 按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转）和 “下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。 上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。 而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。 (5) 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。 有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很 好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。 而直驱型风机则另辟蹊径，配合采用了多项先进技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接传递到发电 机的传动轴，使风机发出的电能同样能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减少了故障几率，优点很多，现多用于大型机组上。 (6) 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为： “定桨距（失速型）机组”――桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化 。由于定桨距（失速型）机组结构简单、性能可靠，在20 年来的风能开发利用中一直占据主导地位。 “变桨距机组”――叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般0－90度）调节变化，其
永磁直驱风力发电机技术综述 发表时间：2018-07-02T11:27:53.600Z 来源：《电力设备》2018年第7期作者：左禾 [导读] 摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。 （西安中车永电捷力风能有限公司陕西西安 710000） 摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。永磁直驱风力发电机采用永磁体作为励磁系统，由风轮直接驱动发电机，是风力发电机的主要发展方向，通常采用径向气隙以及轴向气隙结构，包括减小起动转矩、冷却和散热设计、永磁体的固定以及发电机的防雷设计等关键技术。文章就永磁直驱风力发电机技术进行相关分析。 关键词：永磁直驱；风力发电机；技术应用 1 风力发电机 1.1 风力发电机含义 风力发电机主要是一种电力设备，其能够把风能转为机械功，从而带动转子旋转，最后输出交流电。在广义上，风能也作为太阳能，因此，风力发电机也是以大气为介质、太阳为热源的热能利用发电机。 1.2 风力发电机原理 风力发电原理说来很简单，但做起来很难，其利用风去带动风车叶片使叶片旋转，再通过增速机提高叶片旋转速度，以此促使发电机进行发电。风力发电相较于柴油发电要好很多，因为其利用自然能源。风力发电不能够作为备用电源，但其使用寿命长，可长期利用。 1.3 风力发电机类型 （1）异步型，包括笼型异步发电机和绕线式双馈异步发电机。（2）同步型，包括永磁同步发电机和电励磁同步发电机。（3）水平轴，目前利用最多的风力发电机类型。（4）垂直轴，新型的风力发电机。与水平轴风力发电机相比，其效率较高，且没有噪音，维护简单，中小型发电机首选。 1.4 永磁直驱风电机组的结构组成 永磁直驱风力发电机组没有齿轮箱，风轮直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发电机，采用永磁体代替励磁线圈，减少了励磁损耗。此外，永磁电机无需从电网吸收无功功率来建立磁场，由于没有励磁装置，减少了很多电气设备，从而使机组具有可靠、高效、方便安装和维护等很多优点。因此，永磁直驱风力发电机组代表了未来风电行业的发展方向。 2 永磁直驱风力发电机关键技术 根据永磁直驱风力发电机的设计要求，主要包括以下关键技术。 2.1 减小起动转矩 由发电机齿槽效应带来的起动转矩，限制了风力发电机的稳定运行范围，导致风能利用率的降低，因此，在设计永磁直驱风力发电机时，降低起动转矩是一个重要设计要求，通常采用转子斜极、定子斜槽以及分数槽来减小起动转矩。 2.2 冷却系统 对发电机散热，目前常见的冷却方式有空冷、氢内冷、氢外冷和直接液冷等。 2.3 永磁体却和散热设计 目前，普遍采用先充磁后装配的方法来安装永磁体，由于永磁体吸力很大，需采用专门的磁钢安装工装，以保证人身和设备安全。为减小吸力对装配过程的影响，也可以采用先安装后磁化的方法来安装永磁体。 此外，由于永磁体是固定在发电机的转子上，在转子旋转时，会产生较大的离心力，特别是内转子结构的发电机，永磁体固定在转子外侧或外表面，离心力会使永磁体的固定存在困难。 2.4发电机的防雷设计 永磁直驱风力发电机组通常安装在空旷的地区或是雷暴比较频繁的沿海地区，容易遭受雷击，因此设计防止风力发电机组在雷击过程中受损坏的防雷系统显的尤为重要。 2.5 绝缘系统设计及绝缘材料的选用 永磁直驱发电机运行的可靠性和运行寿命主要取决于绝缘系统的设计及其材料选用，由于风力发电机使用的特殊地理环境（戈壁、草原、沿海等），对发电机的绝缘系统及绝缘材料有着特殊的要求，如防震、抗潮、耐盐雾及在低压、大电流绝缘系统的机械强度和因机械性能下降引发的绝缘性能衰退以及特殊环境下运行绝缘系统的耐候性问题等。因此，合理绝缘系统的设计及其材料的选用，对电机性能有至关重要的作用，在很大程度上决定了电机的效率和可靠性等因素。 3 控制系统的关键技术 控制系统作为风电机组的关键组成部分，其性能直接影响到机组的性能，效率和稳定性。目前，较为先进的风电机组控制系统多采用变速恒频技术和变桨距控制技术。变速恒频技术使风力发电机组在不同风速下变转速运行，极大的提高了机组发电效率。而风轮是风力发电系统捕获风能的重要部件，直接影响着系统的安全性与稳定性，因此变桨距控制技术也是风电控制系统的关键技术。 3.1 变速恒频技术 在风力发电系统中，风速的变化率较高，为了尽可能的提高风能利用率，目前的主流风力发电机组多采用变速恒频技术，即风力发电机可以在不同的风速下运行在不同的转速范围内，追踪最大Cp值，使机组的发电效率提升。 风电机组的转速控制决定了整个系统的性能、发电效率以及输出电能质量。现阶段的风力发电机组有恒速风电机组和变速恒频风电机组。 恒速风电机组在运行时转速不变，但由于风速是时刻变化的，所以机组转速偏离最佳Cp点，风能利用率较差。因此恒转速运行的机组的发电效率比较低。所以，目前的主流机型多为变速恒频发电机组，永磁直驱风力发电机组就是变速恒频风力发电机组，此机型由于拥有全功率变频器，即发电机定子出线端连接变频器整流侧，经变频器整流再逆变后上网，与电网保持同频同压同相，从而实现机组的变速恒频运行。机组在低于额定风速以下工况运行时，控制系统通过控制变频器转矩实现对发电机转速的调节，使机组始终运行在Cp最大的区域，控制框图如图1所示，在此过程中，变桨角度始终为0度。主控制系统只根据发电机转速计算转矩值并传输到变频器，由变频器实现对