2風力發電機技術條件
離網型風力發電機大多為單機運行,發電機輸出的三相交流電壓經整流穩壓后,向蓄電池充電以及給負載供電。參考《YF離網型風力發電機組用發電機技術條件》和實際應用場合等情況,風力發電機在設計時應注意以下幾點[1]。
(1)發電機的運行環境惡劣,要求發電機的安全可靠性高,能防雨雪、防沙塵。
(2)在發電機由風輪直接驅動的場合(省去了常用的增速齒輪箱),要求發電機的額定轉速低(多小于600r/min)。
(3)要求發電機的起始建壓轉速低,以最大限度地提高風能利用系數(在《技術條件》中已明確規定,在65%的額定轉速下,發電機的空載電壓應不低于額定電壓)。
(4)發電機的起動阻力矩盡量小,以使發電機在較低風速下能良好地起動,同樣提高風能的利用程度。
當然,除此之外,風力發電機還應符合一般發電機的其它技術要求,在此不再贅述。
3低速永磁風力發電機設計特點
因為取消了增速齒輪箱,由風輪直接驅動,所以要求發電機的額定轉速低。對此,我們研制了一臺額定容量5kVA、額定轉速僅為150r/min的釹鐵硼永磁風力發電機,其結果令人滿意。
3.1定子
永磁發電機的定子結構與一般電機類似,但因為該類發電機的電負荷較大,使得發電機的銅耗較大,因此應在保證齒、軛磁通密度及機械強度的前提下,盡量加大槽面積,增加繞組線徑,減小銅耗,提高效率。
為減少試制時的成本,發電機的定子沖片選用現成的Y系列定子沖片,以節省開模和制造費用。
定子繞組的分布影響風力發電機的起動阻力矩的大小。起動阻力矩是永磁式風力發電機設計中的一個至關重要的參數。起動阻力矩小,發電機在低速風時便能發電,風能利用程度高;反之,風能利用程度低。起動阻力矩是由于永磁電機中齒槽效應的影響,使得發電機在起動時引起的磁阻力矩。從電機理論上講,降低齒槽效應所引起的阻力矩的方法,主要是采用定子斜槽、轉子斜極以及定子分數槽繞組。根據文獻[2]及實踐經驗,采用分數槽繞組是降低阻轉矩最有效的辦法,而且在分數槽繞組中,每極槽數(非每極每相槽數)

式中Q——定子槽數
? p——發電機的極對數
? A——整數
? C/D——不可約分的分數
理論和實踐證明:D越大,發電機的起動阻力矩越小,但D的大小也影響著發電機的其它電氣性能,不宜過大。
綜合以上分析,我們在設計5kW、150r/min的發電機時,定子結構的具體參數如表1所示。