永磁电机在风力发电系统中的应用情况分析

永磁电机在风力发电系统中的应用情况分析

李泽鹏、武若琳

中车永济电机有限公司 山西省永济市 044500

摘要：永磁电机的主要优势在于其密度较大的功率，具有良好的可靠性，因此，永磁电机在风力发电系统中运用得十分广泛。永磁电机的制作材料成本较高，这一因素限制了永磁电机的发展。针对这一情况，分析永磁电机的发展与应用具有十分重要的意义，不能能让人们正确看待永磁电机的优势和不足之处，还能有效促进永磁电机的推广工作，为风力发电系统的健康发展提供帮助。

关键词：永磁电机 风力发电系统 应用

引言

随着全球经济与科学技术的快速发展，天然气、石油、矿产等不可再生资源的需求量越来越大，这些资源在过度的开采和利用中严重破坏和污染了环境，资源的储量也在快速减少中，为了保障人们和生态环境的和平共处和谐发展，能源保护和环境保护是我们应该大力支持的工作。风力发电是一项利用风能的新兴技术，在风力发电系统中，永磁电机由于其自身运行的可靠性、高效率、功率密度大等特性受到了广泛的应用，为风力发电系统的生产水平和生产效率提供了重要保障。因此，本文就永磁电机在风力发电系统中的应用深入分析，探求其在风力发电系统中的积极作用。

一、永磁电机简介

永磁电机与传统的电力磁电机有所不同。永磁电机的结构与之相比要简单许多，占地面积更小。与此同时，永磁电机比传统的电力磁电机更具稳定性，能在单位时间内产出更多的电能，在现代发电行业中由此受到了大力推广和发展。永磁电机主要借助转向器和电刷的定向变化切割磁场，进行装置内磁场中的规律变化，借此产生电能。永磁电机在运转中也比传统的电机更具优势，它根据外界不同速度的动能刺激进行更宽范围内的调速，实现发电性能的稳定性，遇到强动力风速刺激的时候也能针对频繁的超荷负载而承受稳定。

二、永磁电机在风力发电系统应用设计中的注意事项

（一）电机结构选型

风力发电系统在进行电机设计时，应注意对电机结构的选型处理。永磁电机按照磁通走向可以分为径向磁通、轴向磁通以及横向磁通，不同类型的磁通对系统运行有着重要影响。径向磁通永磁体中有一定的磁通，可以在应用电机时在这个基础上插入构建发电系统，径向磁通的结构简单，制造相对灵活。轴向磁通的永磁电机在应用中会有效减少产生噪音的几率，绕组形式也比较简单，为工作人员顺利开展工作提供便利。轴向磁通有很多形式，例如无槽式、有槽式、双定子等，无槽式电机中有槽铁心的加工非常困难，且较沉，电机的结构设计比较复杂，在推广上面临着困难。横向磁通的永磁电机绕组也比较简单，耗铜率低，但其结构复杂，横向磁通永磁电机需要设计人员结合风力发电的实际情况充分考虑，才能保证电机正常运行。

（二）永磁体的防失磁措施

根据永磁电机的应用特点来看，防失磁措施首先要将电机运转的实际情况结合起来考虑，保证转子温度在正常标准范围之内，机体部分要选择耐温性能较好的材料，一般材料的耐温性能必须大于等于150摄氏度，并且不能影响了电机的正常运行，永磁电机要在合适的运行环境中运行，散热设备必须状态良好，才能高效降低设备运行中产生的热量。电机在实际运行中要进行有针对性的测试，检查温度是否处于正常范围，高温部分要进行及时有效的降温处理，保证温度处在正常范围内，减少材料的磨损，利用以上这些措施来保障风力发电系统的正常运行。

（三）减小齿槽脉动转矩的方法

减小齿槽脉动转矩的方法主要有以下几种，第一，选择合理的极弧系数。永磁体的宽度受到极弧系数的影响，工作人员要全面考虑到极弧系数的影响，合理的选择合适的系数，才能有效避免对齿槽脉动转矩带来重要影响，也能以此降低电机的成本。因此，工作人员应全方位的考虑，再选择最为恰当的极弧系数，以此保障设计的合理科学性。第二，斜槽。工作人员在设计电机时，应更加重视斜定子槽，采用最为有效的方法，降低制造工艺上的难度，还能有效消除齿槽转矩。第三，利用不对称极宽来减小齿槽脉动转矩。工作人员在磁极分组中常常运用不等宽磁极，以此来构建较为对称的单元，更好的实现使用效果。

三、永磁电机在风力发电系统中的应用

（一）低速直驱永磁发电机

低速直驱永磁电机在风力发电系统中极数选择非常灵活，直径较大，转速较低，因此，在设计低速直驱永磁电机的时候和高速永磁电动机的差别很大，但是低速直驱永磁电机所用的材料价格昂贵，用料更多，在设计风力发电系统中怎样提高低速直驱永磁电机的性价比，是工作人员思考的主要问题，一般低速直驱永磁电机设计需要考虑的问题有以下几点：第一，电机结构的选型。永磁电机具有很多结构可供工作人员选择，有横向磁通、轴向磁通以及径向磁通，选择的结构不同永磁电机的制造成本和使用性能之间具有一定的差别。第二，永磁电机的槽数和极数上的选择。低速直驱永磁电机具有体积较大这一特点，电机运转速度和其输出的电压之间关系不大。第三，选择合适的电磁负荷。低速直驱永磁电机磁通变化不大，但定子绕组的匝数比较多，消耗比较大，要对定子绕组进行合理的调整。第四，选择合适的冷却措施。低速直驱永磁电机过大的体积决定了它产生的大量热量，需要采取有效的降温措施才能保障电机运转正常。

（二）中速半直驱永磁发电机

在风力发电系统中，中速半直驱永磁发电机的应用是折中的方案，它对风力发电系统的灵活性有所提高，加强了变速箱的运转可靠性，提高了发电机的性价比，工作人员能利用确定增速箱传统比来调整结构。但是中速半直驱永磁发电机在运行中运行速度、速比以及增速机构的选择等方面存在一定的问题，它一般采用两级增速结构或者一级增速结构，中速半直驱永磁发电机的额定转速比芬兰公司开发的直驱永磁风力发电机的使用较为灵活一些。

（三）高速双馈感应发电机

高速双馈感应电机定子绕组的电压与电网运作频率有关，因此，双馈电机定子绕组在一定程度上限制了运行的范围，电网运作频率的确定可以确定双馈电机定子绕组的极数，例如，一台高速双馈感应发电机的额定转速是1750r/min，以1500r/min的速度运行，利用四级电机，我们确定电网的运作频率是50HZ，那么双馈电机的同步转速为1500r/min，，有效降低了风力发电系统运行功率，节约了发电过程中的成本损耗。但是，高速双馈感应发电机与其他电机相比较，它的效率较低，当风能速度未达到35%的额定风速的时候，高速双馈感应发电机不能保证发电系统的正常运行。

（四）高速永磁发电机

在当前的风力发电系统中，将永磁发电机替换掉传统的双馈感应电机，发电系统中不需要设置电刷和电环，减少了发电机中铁和铜的损耗，有效增加了发电机运行的稳定性能和可靠性能。与此同时，电机的运行效率也得到了有效提高。ABB公司推出的1.5MW高速永磁发电机在传统发电机的基础上缩小了电机尺寸，采用全功率变流器的高速永磁发电机，其输出的电压模式发生了改变，电机的转速和功率之间没有直接联系，有效提高了风力发电的稳定性。如果这个系统应用永磁发电机，选择极数的时候就不再局限，可以根据应用情况选择4级、6级等，极数选择越大，发电机的尺寸就会越小，节省了电机的制作材料，节约了制造成本。

总结

永磁电机与普通电机相比，其运行效率高，功率密度大，在实际的风力发电系统中运用更加安全稳定与可靠，虽然我国风力发电还面临着一些困难和挑战，风能的不稳定性多变性决定了我国风力发电系统仍需努力，相关单位应根据永磁电机的实际情况进行优化处理，对电机的制造工艺、冷却技术等方面进行创新，实现我国风力发电的健康发展。

参考文献

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