酒泉职业技术学院
毕业设计（论文）
11 级风能与动力技术专业
题目：1.5MW永磁直驱风力发电机组
底座安装工艺
毕业时间：二〇一四年六月
学生姓名：吕鹏
指导教师：方占萍
班级：11级风能与动力技术（3）班
2013 年10月26日
酒泉职业技术学院14 届各专业
毕业论文（设计）成绩评定表
姓名吕鹏班级11风电3班专业风能与动力技术
指导教
师第一
次指导
意见
年月日
指导教
师第二
次指导
意见
年月日
指导教
师第三
次指导
意见
年月日
指导教
师评语
及评分
成绩：签字（盖章）年月日
答辩小
组评价
意见及
评分
成绩：签字（盖章）年月日
教学系
毕业实
践环节
指导小
组意见签字（盖章）年月日学院毕
业实践
环节指
导委员
会审核
签字（盖章）年月日意见
说明：1、以上各栏必须按要求逐项填写.。2、此表附于毕业论文(设计)封面之后。
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
一、风力发电机组分类简介 (2)
二、风力发电的优缺点 (2)
（一）优点 (2)
（二）缺点 (2)
三、金风1.5MW永磁直驱风力发电机组结构 (3)
（一）叶轮的结构组成 (3)
（二）发电机的结构组成 (3)
（三）机舱的结构组成 (4)
（四）塔筒的结构组成 (4)
四、底座偏航轴承、刹车盘、制动器安装 (4)
（一）偏航轴承的安装 (4)
（二）偏航刹车盘的安装 (8)
（三）偏航制动器的安装 (11)
五、总结 (15)
六、参考文献 (16)
致谢 (16)
1.5MW永磁直驱风力发电机组底座安装
摘要：目前，风电技术日渐成熟，单机容量不断增大，有着广阔的市场前景。而国内主流的风力风力发电机组主要有两种（永磁直驱，双馈异步），金风科技所使用的机型正是其中之一，本文所探讨金风1.5MW永磁直驱风力发电机组。对于金风1.5MW永磁直驱风力发电机组的偏航轴承、刹车盘、制动器，是风力发电机组的重要组成部分，并且其安装过程也是关键工序。偏航轴承是风力发电机组偏航系统的重要组成部分，可与偏航电机配合驱动风机偏航，金风科技所使用的偏航轴承为外啮合驱动形式。刹车盘与制动器是风力发电机组停机制动时不可或缺的重要组成部分，与液压系统配合保障风力发电机组正常运行，对于不同的机型，所使用的制动器个数也不相同。
关键词：风力发电机组；偏航轴承、制动器；
一、风力发电机组分类简介
尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。水平轴风力发电机水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则成为下风向风机。
水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。
二、风力发电的优缺点
优点:
1．清洁，环境效益好；
2．可再生，永不枯竭；
3．基建周期短；
4．装机规模灵活。
缺点:
1．噪声，视觉污染；
2．占用大片土地；
3．不稳定，不可控；
4．目前成本仍然很高。
5．影响鸟类
三、金风1.5MW永磁直驱风力发电机组结构
风力发电机组结构图
（一）叶轮的结构组成
1．轮毂：连接风力发电机与叶片，是将风力动能转换成机械能的重要组成部分。同时轮毂也是控制叶变桨所在，设计时保证足够的强度。
2．变桨轴承：为双排四点接触球轴承，但有一I定的阻尼力矩，，外圈与叶片链接带动叶片转动。
3．叶片：设计时考虑了环境和气动原理，具有强度冗余及气动性能，保证最大限度的吸收风功率。
4．变桨驱动：变桨驱动经变桨齿形带与变桨轴承连接，控制叶片的攻角，实现风机变桨。
5．变桨控制柜：具有优越控制算法的控制系统。
6．导流罩：保护叶轮中组件不受环境影响，减小风对风机的作用力。
（二）发电机的结构组成
1．定子：永磁发电机的结构与一般电机类似。给类发电机的电负荷比较大，发电机铜耗较大。因此，应保证齿、轭磁通密度及机械强度的前提下，尽量加大线槽面积，增加绕组线径，减少铜耗，提高效率。
2．转子：对于1.5MW永磁直驱发电机组发电机外转子直径很大，径向式结构的永磁体直接粘接在转子磁轭上。一对的两块永磁体串联，永磁体仅有一个截面提供每机磁通。所以，气隙磁密度小，发电机的体积大。永磁体站接在转子表面，受到转子
周长的限制，这在多极电机中格外明显。
（三）机舱的结构组成
1．底座：连接这机舱与塔筒，具备足够的机械强度。
2．偏航轴承：连接底座与塔筒，承载着叶轮、发电机、底座等附件的所有质量。同时起到偏航跟踪风向的作用。
3．制动器：一般来讲有十副，保证风力机偏航完成后能及时刹车，风机稳定运行。
偏航减速器：主要作用是为偏航系提供动力源。
4．上平台：安装有发电机开关箱、顶舱控制柜、滤波器、电缆架等。
5．下平台：为风力发电机组提供有效的维护空间。
6．内平台液压站及润滑站：提供制动器刹车压力和偏航轴承润滑。
7．机舱罩：保护机舱中组件不受环境影响，减小风对风机的作用力
8．测风系统：由测风支架和风速仪、风向传感器组成。
9．控制系统：由发电机开关柜1、发电机开关柜2、顶舱控制柜及其线路组成。（四）塔筒的结构组成
塔筒一般有三节组成，分别是：塔筒下段、塔筒中段、塔筒上段。塔筒支撑着整个风机的质量，同时还要受径向风的作用力，塔筒受力比较复杂，需要足够的机械强度和强大的地基来稳固。
四、底座偏航轴承、刹车盘、制动器安装
（一）偏航轴承的安装
1．清理
用清洗剂和大布将偏航轴承上下内外清理干净。分别用M16、M20、M30 的丝锥通过相应的螺纹孔，用压缩空气将孔内污物清理干净，再用吸尘器将清出的污物吸净，如图1和2所示；
2．检查油嘴
逐个检查并紧固直通式压注油嘴；
3．软带的位置
偏航轴承安装时内圈内凹子口面朝上（既外圈上带有8-M16 孔的一面朝上）。偏航轴承内圈堵塞孔软带的位置要与以底座最前端的偏航轴承安装螺纹孔为基准顺
时针数的第13 螺纹孔对正，见图3和图4；
4．吊装
将3个M20的吊环螺钉紧固到偏航轴承的3个吊装螺纹孔内。用3个1t 卸扣将1根特制三腿吊带（3 根：1t-2m）和3个M20 的吊环螺钉连接，然后将偏航轴承平稳起吊提升至 1.8m 的高度，见图5；
5．安装
将偏航轴承平稳地移到底座偏航轴承安装面的正上方，平稳下降，然后缓慢下降吊钩使偏航轴承的安装孔与底座螺纹孔对正，确保偏航轴承内圈堵塞孔软带的位置正确，见图6，直至偏航轴承能平稳地放置到底座的偏航轴承的安装面上，取下特制三腿吊带及吊环螺钉。用75 个M30×190-10.9螺栓和75个φ30垫圈将偏航轴承固定到底座上，螺栓螺纹旋合部分及螺栓头与平垫圈接触面涂固体润滑膏，每个螺栓耗量约0.8g，合计约70g；
6．打力矩方法
如用气动扳手和液压扳手打力矩，分三次打力矩，第一次打到紧固力矩值的50%，第二次打到紧固力矩值的75%，第三次打到紧固力矩值的100%。用力矩扳手检验力矩值；
7．紧固
75 个螺栓M30×190-10.9 的紧固顺序为“十”字对称紧固，力矩值为1200N.m，分三次打力矩，力矩值分别为：T1 =600N.m，T2 =900N.m，T3 =1200N.m。
打力矩前将空气压缩机的压力值调整到145psi（10bar），按照气动扳手上的压力值与扭矩值对照表，将气动调压单元的压力值调节到相应的压力值。调整好气动调压单元的压力值后，试打一个螺栓的力矩。检验气动扳手打的力矩值。打力矩过程中必须轮流使用三个气动扳手，每打15 个螺栓的力矩后就必须更换另一把气动扳手。使用气动扳手时应对气动扳手的反作用力臂做好防护，不能伤及偏航轴承软带。（也可以使用相应力矩值的电动冲击扳手和液压扳手打力矩）；
8．力矩检查
调整2000N.m 的扭力扳手扭力值至1200N.m，依次对75 个M30×190-10.9螺栓的力矩值进行检查，若有螺栓的力矩值不合格，必须重新对此螺栓打力矩，再检查，直至力矩值合格为止，见图7；
9．后处理
螺栓的力矩值检查合格后，在螺栓头的侧面与偏航轴承面上用漆油笔做防松标记，见图8，位于偏航轴承内侧。待防松标记完全干后，用油漆刷在每个螺栓和垫圈的裸露表面均匀地涂抹MD-硬膜防锈油，每个螺栓耗量约0.5g，合计约40g，必须做到清洁、均匀、无气泡。
图1（底座的清理）图2（螺纹孔的清理）
图3（软带的安装位置）图4（轴承软带）
图5（轴承的吊装）图6（轴承的软带）
图7（轴承校监力矩）图8（防松的做法）10．零部件、标准件及工器具
零部件及标准件
偏航轴承（1159kg） 1 个
螺栓 M30×190-10.9 75 个
垫圈30-300HV 75 个
清洗剂500mL
大布0.5 匹
丝锥M16（二锥） 1 个
丝锥M20（二锥） 1 个
丝锥 M30（三锥） 1 个
固体润滑膏（70g）
红色漆油笔 1 支
MD-硬膜防锈油40g
油漆刷（1″） 2 把
排笔 1 支
工器具
卸扣1t 3 个
特制三腿吊带（1t-2m） 3 根
行车 1 台
空气压缩机 1 台
吸尘器 1 个
套筒（内四方 1＂）46mm 1 个
气动扳手 1 把
活动扳手6＂ 1 把
扭力扳手2000N.m 1 把
丝锥扳手480mm 1 把
丝锥扳手600mm 1 把
电缆盘 1 盘
11．技术要求
（1）75个M30×190-10.9 螺栓紧固力矩值为1200N.m；
（2）气动扳手每打15 个螺栓，进行更换；
（3）安装偏航轴承时偏航轴承软带的位置要正确；
（4）螺栓必须做防松标记，螺栓和垫片裸露部分涂抹MD-硬膜防锈油，必须清洁、均匀、无气泡。
（二）偏航刹车盘的安装
1．清理
用平面刮刀将偏航刹车盘装配面的毛刺和多余的防腐层清理干净，用清洗剂和大布将偏航刹车盘的各表面清理干净，见图9；
2．吊装
将3个M16 的吊环螺钉紧固到偏航刹车盘的3个吊装螺纹孔内，用一根特制三腿吊带（3 根1t-2m）将偏航刹车盘吊起，见图10。注意：偏航刹车盘上带有外止口的一面朝下；
3．安装
将偏航刹车盘吊到偏航轴承上，将偏航刹车盘上8个φ17.5的孔与偏航轴承上8个M16的螺纹孔对正。用4个偏航刹车盘安装导正棒，见图11。使偏航刹车盘上的4个φ33光孔与偏航轴承上4个M30 螺纹孔对正，4 个偏航刹车盘安装导正棒均布，见图12。调整偏航刹车盘的位置，令偏航刹车盘上其余的72 个φ33 光孔与偏航轴承上其余72个M30 螺纹孔对正。然后使用一个偏航刹车盘安装导正棒对偏航刹车盘和偏航轴承进行检验，偏航刹车盘安装导正棒必须能够通过所有的孔。如果有没有对正的孔，使用白板笔对偏航刹车盘和偏航轴承的安装位置及不合格的孔位进行标记，将偏航刹车盘吊离安装位置后进行磨修，修磨后用压缩空气吹净铁屑，然后重新试装，直至偏航刹车盘安装导正棒能够通过所有的孔。调整对正后用8个M16×40-8.8内六角圆柱头螺钉将偏航刹车盘与偏航轴承连接起来，在螺钉的螺纹处涂螺纹锁固胶，每个螺钉耗量约0.5g，合计约4g；
4．紧固
螺钉紧固顺序为“十”字对称紧固，紧固力矩值为120N.m，分二次打力矩，力矩值为：T1 =60N.m，T2 =120N.m，见图13
。
图9（刹车盘）
图10（吊刹车盘）图11（导正棒）
图12 （导正棒）图13 （刹车盘打力矩）5．零部件、标准件及工器具
零部件及标准件
偏航刹车盘（550kg） 1 个
内六角圆柱头螺钉M16×40-8.8 8 个
清洗剂100mL
大布0.5 匹
螺纹锁固胶（乐泰243或可赛新1243） 1 支
工器具
行车 1 台
M 16吊环螺钉 3 个
卸扣1t 3 个
特制三腿吊带（1t-2m） 3 根
偏航刹车盘安装导正棒 4 个
空压机 1 台
扭力扳手340N.m 1 把
50mm长六角旋具套筒14mm 1 个
转换接头（3/4＂-1/2＂） 1 个
平面刮刀250mm 1 把
6．技术要求
(1)安装偏航刹车盘时，将偏航刹车盘上带有外止口的平面与偏航轴承安装面配合；
(2)偏航刹车盘上的76 个φ33 光孔必须与偏航轴承上76个M30 螺纹孔对正，用偏航刹车盘安装导正棒检验可以全部通过。
（三）偏航制动器的安装
1．清理
用清洗剂和大布清理偏航制动器各零部件；
2．准备
先将偏航制动器利用叉车或行车放置到刹车盘上，并按上闸体、下闸体依次摆放在底座安装位置附近。注意闸体的塑料堵头，安装O 形密封圈。用内六角扳手将上下闸体上的油管堵头旋松（注意清理干净闸体流出的液压油），见图14；将偏航制动器刹车片安装到偏航制动器的上、下闸体内，用橡皮锤轻轻敲击安装到位；3．安装
用调整垫进行调整，确保SVENDBORG 和焦作的偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为118 mm±0.5mm，见图15；确保SIME 偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为118 mm±1mm，见图16。调整调整垫的规格和数量，应尽量保证偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距值接近118 mm，以保证偏航制动器上、下刹车片与偏航刹车盘的间隙均匀。用80个M27×260-10.9 螺栓和80个φ27 垫圈将上下闸体连接在一起，力矩值为880N.m，螺栓紧固顺序为对称紧固（从中间开始，逐渐向两边对称地扩展）。
螺栓螺纹旋合部分及螺栓头与平垫圈接触面涂固体润滑膏，每个螺栓耗量约0.8g，合计约70g。螺栓分三次紧固，紧固力矩值分别为：T1=440N.m，T2=660N.m，T3=880N.m。安装完成的制动器见图17。焦作的偏航制动器只有一个铭牌，上、下闸体可以互换安装（两闸体一样），但是安装时要注意带有铭牌的闸体安装完底座翻身后铭牌的文字为正字（易于阅读），见图18；
4．检查
调整2000 N.m 的扭力扳手扭力值至880 N.m，用此扭力扳手依次对80 个M27×260-10.9 螺栓的力矩值进行检查，若有螺栓的力矩值不合格，必须重新对此螺栓打力矩，再检查，直至力矩值合格为止；
5．后处理
螺栓的力矩值检查合格后，在螺栓六角头侧面与偏航制动器面做防松标记见图19。待防松标记完全干后，用油漆刷在每个螺栓和垫圈的裸露表面均匀地涂抹MD-硬膜防锈油，每个螺栓耗量约0.5g，合计约50g。要求清洁、均匀无气泡。
图14（制动器内部结构）图15（制动器的按放要求）
图16（调整垫的按放）图17（安装完成的底座）
图18（制动器名牌）图19（安装完成的制动器）6．零部件、标准件及工器具
零部件及标准件
偏航制动器（77kg）10副
螺栓M27×260-10.9 80个
垫圈27-300HV 80 个
偏航刹车调整垫片按需要配置
清洗剂1L
大布0.5 匹
固体润滑膏70g
红色漆油笔 1 支
油漆刷（1″） 2 把
MD-硬膜防锈油250g
排笔 1 支
工器具
空气压缩机 1 台
扭力扳手2000N.m 1 把
内六角扳手6mm 1 把
高度尺300mm 1 个
游标卡尺150mm 1 个
气动扳手 3 把
电缆盘 1 盘
橡皮锤 1 把
套筒（内四方1 "）41mm 1 个
7．技术要求
（1）偏航制动器上、下闸体间安装O 型密封圈，防止漏油；
（2）偏航制动器刹车片安装到位；
（3）确保SVENDBORG和焦作的偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为118 mm±0.5mm；确保SIME 偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距为118 mm±1mm。调整调整垫的规格和数量，应尽量保证偏航制动器在底座上的安装面（即偏航刹车调整垫片的上平面）与偏航刹车环上环面的间距值接近118 mm，以保证偏航制动器上、下刹车片与偏航刹车盘的间隙均匀；
（4）80个M27×260-10.9 螺栓紧固顺序为对称紧固，紧固力矩值为880N.m；（5）检查螺栓的防松标记和防锈油，防锈油要清洁、均匀无气泡。
五、改进方案
由于轴承螺栓和制动器螺栓在打紧前都要刷二硫化钼来减小摩擦力，防止在螺栓打的过程中烧死，刷螺栓这个过程要耗费大量的人力，工作效率还低，需制作一个工装，能把二硫化钼刷到螺栓上，从而能减少人工、增加效益、提高工作效率。在力矩校监的过程中，气动扳手或者电扭矩打完还需要人工力矩校监，这个过程耗费大量的人力，工作效率还低，能把力矩扳手和电扭矩相结合，两个过程合为一个，从而减少人工，提高产品质量。
六、总结
本文通过对1.5MW永磁直驱风力发电机组偏航轴承、制动器的安装进行详细的阐述。1.5MW永磁直驱风力发电机组偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合。使叶片始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电机效率，提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。偏航轴承采用四点接触球轴承，风机机舱通过偏航轴承可以在360度范围内转动，跟踪风向。在偏航刹车时，由液压系统提供140-160bar的压力，是刹车片紧压在刹车盘上，提供制动力。偏航是保持20-25bar
的余压，产生一定的阻尼力矩，是偏航运动更加平稳，减小机组的震动。因此偏航系统的优越使风力发电机组的关键！
参考文献：
[1]叶杭治，风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2002
[2]任清晨，风力发电机组安装、运行、维护[M].机械工业出版社
[3]肖劲松，姜桐.偏航控制系统的设计：太阳能学报
[4]姚兴佳，宋俊，等.风力发电机组原理与应用[M].2版机械工业出版社
[5]徐蒲荣. 大型风电场及风电机组的控制系统. 电气传动自动化.2003.6
[6]霍志红，郑源，张德虎.风力发电机组控制技术[M]. 2版中国水利水电出版社，2002
致谢
经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有方老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在这里首先要感谢我的导师方老师。方老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了敬佩方老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
其次要感谢和我一起作毕业设计的诸位同学，他们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。
然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下风电专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。
最后感谢我的母校—酒泉职业技术学院三年来对我的大力栽培。
直驱式永磁风力发电控制系统设计 泮斌斌 (浙江海洋学院机电学院，浙江舟山316000) 摘要 风力发电作为绿色能源在全世界迅速发展，这是解决世界能源危机的重要途径，在这个背景下本文对直驱式永磁风力发电控制系统进行了应用设计。 本文以风力发电的工作原理等基础理论为基本理论，得到一种控制风能的利用效率的变桨控制的基本控制策略；通过比较当前流行的几个风力发电机组的结构和不同控制方案之间的不同特点；分析了直驱式永磁风力发电的性能和特点，最终得出本机组需要采用以“同步高速、无刷励磁旋转、全功率的逆变’’为核心的技术路线。 本论文最后完成了风力发电机控制系统的设计，以控制系统所要实现的功能为基础，根据控制系统的要求，分析了系统输出和输入的信号，简单阐述了组成控制系统的硬件系统的可编程处理器和最主要的控制信号变送器，确定了传感器的类型以及各硬件的配置；以这些为基础讨论了一些控制系统的控制策略，研究设计了主程序的流程图，变桨距控制图，并详细的研究了变桨距的控制过程，得出了控制原理和结构组成。 关键词：风力发电机；控制系统；变桨控制
ABSTRACT Wind power as the rapid development of green energy in the world, it is important to solve the world energy crisis means, in this context of this paper, direct-drive permanent magnet wind power control system for the application design. In this paper, wind power and other basic working principle of the theory of the basic theory, a control variable wind energy utilization efficiency of the basic control strategy for pitch control.A couple of current by comparing the wind turbine structure and the difference between the different characteristics of the control program;Analysis of direct-drive permanent magnet wind power generation performance and features, and ultimately come to the unit needs to adopt a "synchronous high-speed, brushless rotary, full-power inverter technology''as the core line. Finally completed the wind turbine control system to control system functions to be achieved, based on the control system according to the requirements of the system output and input signal composed of a simple control system described in the programmable hardware system The main control signal processor and transmitter, to determine the type of sensors as well as the hardware configuration;Based on these discussions a number of control system control strategy, research and design of the main program flow chart, variable pitch control charts, and detailed study of the pitch control of the process, obtained the control principle and structure. KEY WORDS：wind turbine；control system；pitch control
哈尔滨工业大学 《交流永磁同步电机理论》课程报告题目：永磁同步风力发电机的设计 院 (系) 电气工程及其自动化 学科电气工程 授课教师 学号 研究生 二〇一四年六月
第1章小型永磁发电机的基本结构 小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。 1.1小型永磁风力发电机的基本结构 按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。 （1）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。 径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是，这需要高磁积能的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高，但制造工艺相对复杂，制造费用较高。 径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低，定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输[1]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。 a)径向式结构 b)切向式结构
基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真 随着电动机在社会生产中的广泛应用，由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合已获得广泛的应用。我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富，稀土资占全世界的80％以上，发展永磁电机具有广阔的前景。 第一章永磁同步电机的矢量控制原理 1.1 永磁同步电机控制中应用的坐标系 交流电机的数学模型具有高阶次，多变量耦合，非线性等特征，难以直接应用于系统的设计和控制，与直流电机单变量，自然解耦和线性的数学模型相比较，交流电机显得异常复杂。因此需要通过适当的转换，将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。 永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制，即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。为简化感应电机模型，可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解，使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。由于两相绕组的正交性，变量之间的耦合大大减小。 1.1.1系统中的坐标系 1)三相定子坐标系(U-V-W坐标系) 其中三相交流电机绕组轴线分别为U、V、W，彼此之间互差120度空间电角度，构成了一个U-V-W三相坐标系。空间任意一矢量在三个坐标上的投
影代表了该矢量在三个绕组上的分量。 2)两相定子坐标系(α-β坐标系) 两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。对于空间的任意一矢量，数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述，所以定义一个两相静止坐标系，即α-β坐标系。它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90度空间电角度。由于α轴固定在定子A相绕组轴线上，所以α-β坐标系也是静止坐标系。 3)转子坐标系(d-q坐标系) 转子坐标系d轴位于转子磁链轴线上，q轴逆时针超前d轴90度空间电角度，该坐标系和转子一起在空间上以转子角速度旋转，故为旋转坐标系。对于同步电动机，d轴是转子磁极的轴线。 矢量控制中用到的变换有：将三相平面坐标系向两相平面直角坐标系的转换(Clarke 变换)和将两相静止直角坐标系向两相旋转直角坐标系的变换(Park变换)。 1.1.2 由三项平面坐标系向两相平面坐标系（Clarke变换） 三相同步电动机的集中绕组U、V、W的轴线在与转子垂直的平面分布如上图所示，轴线依次相差120°，可将每相绕组在气隙中产生的磁势分别记为：Fu、Fv、Fw。由于Fu、Fv、Fw不会在轴向上产生分量，所以可以把气隙的磁场简化为一个二维的平面场。简单起见，可以U为α轴，由α起逆时针旋转90°作β轴，建立起二维坐标系，用此两相坐标系（α-β）产生的磁动势来等效三相静止坐标系（U-V-W）产生的磁动势。如图1.1所示。
双馈风电机组与永磁直驱机组对比 发表时间：2019-03-14T16:13:57.780Z 来源：《建筑模拟》2018年第34期作者：李兵[导读] 清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。 李兵 辽宁大唐国际新能源有限公司辽宁沈阳 110000 摘要：清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。 关键词：电力系统；风力机组；永磁直驱机 风力发电机组主要包括变频器、控制器、齿轮箱，发电机、主轴承、叶片等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括两种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但机组体积和重量都很大，1.5MW的用词直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，在带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在额定转速下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW\1.5MW\2MW三种机型，异步发电机组的机组单价低，技术成熟，国产化高。 一、双馈风力发电系统 双馈风力发电机组的控制核心是通过变流器对双馈发电机转子电流（频率、幅值、相位）的控制，以达到与风电机组机械部分运行特性匹配、提高风能的利用效率及改善供电质量的目的。 1、双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能； 2、在低于额定风速时，他通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳叶尖速比下运行，输出最大的功率； 3、在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。 双馈风力发电系统主要由叶片、增速齿轮箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成。双馈式风力发电机组将风轮吸收的机械能通过增速机构传递到发电机，发电机将机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。发电机定子绕组直接和电网连接，转子绕组和变频器相连。变频器控制电机在亚同步和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，双馈式风力发电机在亚同步和超同步转速下都可发电。故称双馈技术主要特点 发电机采用绕线式异步电机，定子直接与电网相连，转子侧通过变流器与电网相连。当双馈发电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节双馈发电机的功率因数。 1发电机转子侧变流器功率仅需要25%～30%的风机额定功率，大大降低了变流器的造价； 2发电机体积小、运输安装方便、成本低； 3可承受电压波动范围：额定电压±10%； 4网侧及直流侧滤波电感、电容功率相应缩小，电磁干扰也大大降低； 5可方便地实现无功功率控制。 主要缺点 1需要采用双向变频器，变速恒频控制回路多，控制技术复杂，维护成本高 2发电机需安装集电环和刷架系统，且须定期维护、检修或更换随着风电机组单机容量的增大，双馈型风电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将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；从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统将逐步在大型风电机组中占有更大比例，另外，在传动系统中采用集成化设计和紧凑型结构是未来大型风电机组的发展趋势。在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下，大型风电机组越来越多地采用pmsg（无功控制和低电压穿越能力），pmsg不从电网吸收无功功率，无需励磁绕组和直流电源，也不需要滑环碳刷，结构简单且技术可靠性高，对电网运行影响小。Pmsg与全功率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，与双馈型机组相比，全功率变流器更容易实现低电压穿越等功能，更容易满足电网对风电并网日益严格的要求。 二、直接驱动型风力发电系统 典型的永磁直驱型变速恒频风力发电系统，包括永磁同步发电机（pmsg）和全功率背靠背双pwm变流器，无齿轮箱。Pmsg通过全功率变流器直接与电网连接，通常极对数较多，低转速，大转矩，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，呈圆环状；由于省去了齿轮箱，从而简化了传动链，提高了系统效率，降低了机械噪声，减小了维修量，提高了机组的寿命和运行可靠性；发电机通过变流器与电网隔离，因此其应对电网故障的能力更强，但是变流器容量较大，损耗较大，变流器的成本较高。
永磁同步风力发电系统实验指导书 一、实验目的 1. 学习永磁同步风力发电系统的原理及其组成 2. 学习永磁同步风力发电系统并网过程及并网连续运行过程 3. 了解永磁同步风力发电系统MPPT控制方法与过程 二、实验器材 永磁同步风力发电系统V-Wind-YC、功率分析仪 三、实验内容与步骤 1. 了解整个永磁同步发电系统的组成和各个部分的主要功能（包括异步原动机、永磁同步电机、变频器、双向变流器等）。 2. 掌握永磁同步风力发电系统的并网过程和脱网过程。 （1）系统开机前准备 1）检查供电状态，2）接通控制电源，3）检查通信。 （2）启动网测变流器 在上位机主界面的“网测通讯”区域，点击“启动网测”按钮。 （3）启动风机 在上位机主界面的“变频器通讯”区域，在“给定转速”框中输入转速值，然后点击“启动风机”按钮。 （4）并网运行 在上位机主界面的“机测通讯”区域，点击“并网”按钮，并设置定子有功和定子无功。 （5）脱网 将给定定子有功和无功均设为0，并网输出功率逐渐下降，然后点击“脱网”按钮，脱网完成。 （6）停机 脱网完成后，将给定转速设为0，当风机逐渐停止后，点击“停止风机”按钮，然后点击“网测通讯”区域的“停止网测”按钮，最后关闭主电路旋钮。 3. 掌握永磁同步风力发电系统的自由并网试验。 （1）并网运行 将风机转速设为300r/min，电机转速稳定后，点击“并网”按钮。 （2）低速并网运行 电机转速为300r/min时，手动设定机侧有功功率500W至2000W，记录机侧相电流有效值、网测相电压有效值、网测相电流有效值、机侧有功和网测有功，填入表1中。
（3）额定速并网运行 电机转速设为1000r/min，手动设定机侧有功功率1000W至4000W，记录机侧相电流有效值、网测相电压有效值、网测相电流有效值、机侧有功和网测有功，填入表2中。 （4）离网 离网时，先将机侧给定有功设为0，等待实际功率降为零后，点击“离网”按钮使机侧脱网。 4. 永磁同步风力发电机最大功率跟踪实验 （1）MPPT运行 手动将给定转速设为300r/min，在电机稳定后，进行转子励磁，励磁完成后点击“并网”按钮。成功并网后点击“MPPT”按钮，“MPPT”按钮变绿，此时控制系统按风力机模拟环境运行发电，原动机根据设定的模拟风场特性运行，变流器进行MPPT最大功率跟踪运行。 （2）低速风况模拟 当风速小于12m/s，则风力场最大功率点在运行转速范围之内。此时在跟踪算法控制下，电机转速调整至最大功率点，输出功率为风机在此风速下能输出的最大功率。将基本风设为6m/s，8m/s，10m/s，记录此时电机转速和实时机侧有功功率，填入表3中。 （3）额定转速风况模拟
1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展，各种控制技术的应用 - 1 -
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。
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。
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与 实现
电机的控制 本文设计的电机效率特性如图 转矩(Nm) 转速(rpm) 异步电机效率特性 PMSM 电机效率特性 本文设计的电动汽车电机采用SVPWM 控制技术是一种先进的控制技术，它是以“磁链跟踪控制”为目标，能明显减少逆变器输出电流的谐波成份及电机的谐波损耗，能有效降低脉动转矩，适用于各种交流电动机调速，有替代传统SPWM 的趋势[2]。 基于上述原因，本文结合0=d i 和SVPWM 控制技术设计PMSM 双闭环PI 调速控制。其中，内环为电流环[3]，外环为速度环，根据经典的PID 控制设计理论，将内环按典型Ⅰ系统，外环按典型Ⅱ系统设计PI 控制器参数[4]。 1. PMSM 控制系统总模型 首先给出PMSM 的交流伺服系统矢量控制框图。忽略粘性阻尼系数的影响， PMSM 的状态方程可表示为 ??????????-+????????????????????----=??????????J T L u L u i i P J P L R P P L R i i L q d m q d f n f n m n m n m q d ///002/30//ωψψωωω& && (1) 将0=d i 带入上式，有 ???? ??????-+??????????? ??? ??--=????? ?????J T L u L u i J P P L R P i i L q d m q f n f n m n m q d ///02/3/0ωψψωω& && (2) 转 矩 (N m )转速 (n /(m i n )) 效率 转速 (rpm) 转矩 (N m )
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。
题目1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真 一．实验目的 1．加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理 2．掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法 二．实验要求： 1.永磁同步电机双闭环控制系统建模 2.电流控制器设计 3.电流环动态跟随性能仿真实验 4.转速控制器设计 5.转速环抗负载扰动性能仿真实验 6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论 三．预习内容 注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索 Simulink的启动在MATLAB中键入>>Simulink，进入Simulink library，2014版本的可直接点击MATLAB界面上的Simulink library，在Simulink界面上选择File->New->Model。如图1所示： 图1 Simulink界面 在Simulink一级标题下点击source将step(阶跃函数)拖入空白文件作为
转速给定，也可用两个ramp函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2： 图2 转速给定 在Simulink一级标题下点击Ports & Subsystems 选择Subsystem放入空白文件并双击，删除In1和Out1的连线，如图3： 图3 子函数模块 选择Simulink>Continuous下的integrator、Simulink>discontinuous下的Saturation、Simulink>math operation下的gain和Add，连好线后保存并返回，作为PI调节器，其中saturation可设置上下限为100和-100，如图4：
图4 PI子函数模块设置 此PI调节器输出结果作为Iq的电流给定，同样方法得到一个PI调节器，输出结果作为电压给定，并设置saturation上下限为380和-380，Simulink下math operation选择sum双击并修改第二个“+”为“-”，如图5： 图5 转速和电流反馈PI调节 选择Simulink>Ports & Subsystems下的Subsystem 拖入并双击进入子系统，并添加2个In1和1个Out1如图6： 图6 接口模块 Simulink>math operation 下选择 Trigonometric Function、Product、Subtract、Add加入文件，设置好后保存并退出，作为逆Park变换，如图7：
毕业设计（论文） 开题报告 题目：永磁直驱风电系统动态特性仿真研究 学院专业 学号： 学生姓名： 指导教师：（职称：） （职称：） 2016年 3 月15 日 1、课题来源及选题的理由或意义： 课题来源：导师定题 选题理由： 随着全球经济的快速发展，环境和资源问题越来越严重，实现能源的可持续发展与再生利用已成为必须解决的问题。风能作为一种清洁的可再生能源越来越受人类重视。风力发电作为一种风能的主要利用形式正飞速发展，风力发电代替传统能源发电的比例正逐步上升，并在电力越来越受重视。 目前大多数风电系统采用的双馈发电机具有齿轮箱，与其相比，直驱式永磁同步风电机组是风力机与发电机直接相连，减小了齿轮箱带来的机械损耗和设备的不稳定性，从而大大提高了可靠性，降低了维护费用。且具有结构简单，转换效率高，控制灵活等特点，发展较好，在风力发电系统中越来越受到欢迎。大型永磁同步风力发电机组已成为目前兆瓦级大型风电场所采用的主流风电机组。 2、研究内容及拟解决的关键问题： 主要内容： 以直驱式永磁风力发电系统作为研究对象，通过研究风力机和永磁同步发电机各自的特性和运行机理，建立永磁直驱风力发电系统的数学模型，包括风速模型、风力机模型、永磁同步发电机模型和控制系统模型等，对风速变化时机组运行情况进行仿真。通过Matlab/Simulink对风速、风力机、永磁同步发电机等实现模型搭建，最终建成整个风力发电系统模型，进行仿真得出结果。 关键问题： 1. 建立准确的风速模型、风轮模型、风力机模型以及直驱式永磁同步发电系统（PMSG）模型； 2. 设计出永磁直驱风电系统的控制器； 3. 使用Matlab/Simulink仿真来验证设计的正确性和可行性； 3、国内外研究现状： 1. 国内外风电产业发展状况 美国是世界上最早重视风力发电的国家之一。1994年，美国的装机容量是163万千瓦，占当年全球风电装机容量的53%。到2000年，形成了40亿美元的风机产业，每年至少可交付30 万千瓦的风电机组产品。预计到2050年，全美风力发电将占全国电力的10%。欧洲是风力发电发展较快的地区，其中以丹麦和德国为代表。丹麦是世界风力发电的先进国家和风力发电机主要制造国之一。1978年丹麦成立了国立风力发电试验站，促使了风力机工业
基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统 1 引言 永磁同步电动机由于自身结构的优点，再加上近年来永磁材料的发展，以及电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的应用越来越广泛。而对于凸极式永磁同步电动机，由于具有更高的功率密度和更好的动态性能，在实际应用中越来越受到人们的重视[1]。 高性能的永磁同步电动机控制系统主要采用的矢量控制。交流电机的矢量控制由德国学者blaschke在1971年提出，从而在理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。该控制方法首先应用在感应电机上，但很快被移植到同步电机。事实上，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。因为该类电机在矢量控制过程中不存在感应电机中的转差频率电流而且控制受参数(主要是转子参数)的影响也小。 永磁同步电动机的矢量控制从本质上讲，就是对定子电流在转子旋转坐标系(dq0坐标系)中的两个分量的控制。因为电机电磁转矩的大小取决于上述的两个定子电流分量。对于给定的输出转矩，可以有多个不同的d、q轴电流的控制组合。不同的组合将影响系统的效率、功率因数、电机端电压以及转矩输出能力，由此形成了各种永磁同步电动机的电流控制方法。[2]针对凸极式永磁同步
电动机的特点，本文采用最优转矩控制(mtpa)，并用一种更符合实际应用的方法进行实现，并进行了仿真验证。
图1 电流id、iq和转矩te关系曲线 2 永磁同步电动机的数学模型 首先，需要建立永磁同步电动机在转子旋转dq0坐标系下的数学模型，这种模型不仅可用于分析电机的稳态运行性能，还可以用于分析电机的暂态性能。 为建立永磁同步电机的dq0轴系数学模型，首先假设： (1)忽略电动机铁芯的饱和； (2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； (3)转子上没有阻尼绕组； (4)电动机的反电动势是正弦的。 这样，就得到永磁同步电动机dq0轴系下数学模型的电压、磁链和电磁转矩方程，分别如下所示：
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。3)风轮保护 当产生特大强风时，停机并释放叶尖阻尼板，桨距调到最大，偏航90°背风，以保护风轮免受损坏。 2、变桨距系统控制 变桨系统的控制包括三个方面：启动状态（转速控制）、欠功率状态（不控制）和额定功率状态（功率控制）。 1)起动状态 桨叶在静止时，节距角为90°，这时气流对桨叶不产生转矩，整个桨叶实际上是一块阻尼板。当风速达到启动风速时，桨叶向0°方向转动，知道气流对桨叶产生一定的攻角，风轮开始起动。在发电机并入电网以前，变桨距系统的节距给定值由发电机转速信号控制。转速控制器按照一定的速度上升斜率给出速度参考值。为确保并网平稳，对电网产生的冲击尽可能小，变桨距系统可以在一定时间内，保持发电机的转速在同步转速附近。 2)欠功率状态 当风速低于额定风速时，发电机在额定功率以下工作，此时变桨距系统不加控制，节距角为0，以实现最大功率跟踪。 3)额定功率状态 当风速达到或超过额定风速后，风力发电机进入额定功率状态。变桨距系统根据发电机的功率信号进行控制。 3、机侧变流器的控制 永磁同步发电机侧变流器的控制目标是： 1)将永磁同步发电机发出的频率和电压幅值变化无序的交流电整流成直流电 2)控制风力机转速，实现最大风能捕获 3)控制与永磁同步发电机间的无功交换。 4、网侧变流器的控制 网侧变流器可以工作在整流和逆变状态，一般情况下在单位功率因数逆变运行。此时，能量由直流侧流向电源，且无功功率为零。 网侧逆变器控制目标是： 1)将直流电逆变为与电网频率、幅值相同的交流电，保证电网侧电流正弦，减少谐波对电网的污染并维持直流侧电压恒定，提高发电效率。
第1章绪论 1.1 课题研究的背景 1.1.1 永磁同步电机的发展状况 永磁同步电机出现于20 世纪50 年代。其运行原理与普通电激磁同步电机相同，但它以永磁体替代激磁绕组，使电机结构更为简单，提高了电机运行的可靠性。随着电力电子技术和微型计算机的发展，20 世纪70 年代，永磁同步电机开始应用于交流变频调速系统。20 世纪80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的进展，特别是剩磁高、矫顽力大而价格低廉的第三代新型永磁材料钕铁硼(NdFeB)的出现，极大地促进了永磁同步电机调速系统的发展。尤其值得一提的是我国是一个稀土材料的大国，稀土储量和稀土金属的提炼都居世界首位。随着稀土材料技术的不断发展，永磁材料的磁能积已经做的很高，价格也早就满足工业应用的需要，加上矢量控制水平的不断提高，永磁同步电动机越来越显出效率高、功率密度大、调速范围宽、脉动转矩小等高性能的优势。使我国在稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。新型永磁材料在电机上的应用，不仅促进了电机结构、设计方法、制造工艺等方面的改革，而且使永磁同步电机的性能有了质的飞跃，稀土永磁同步电机正向大功率(超高速、大转矩)微型化、智能化、高性能化的方向发展，成为交流调速领域的一个重要分支[1][2]。 由于受到功率开关元件、永磁材料和驱动控制技术发展水平的制约，永磁同步电机最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上与直流电机类似，但这种电机的转矩存在较大的波动。为了克服这一缺点，人们在此基础上又研制出带有位置传感器、逆变器驱动的正弦波永磁同步电机，这就使得永磁同步电机有了更广阔的前景。 1.1.2 永磁同步电机控制系统的发展 随着永磁同步电动机的控制技术的不断发展，各种控制技术的应用也在逐步成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都在实际中得到应用。然而，在实际应用中，各种控制策略都存在着一定的不足，如低速特性不够理
-- 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/mi ｎ。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。 --