应用于风力发电机的永磁双转子电机

杨淑娟

摘 要：目前使用的最常见的发电机是交流异步发电机和交流同步发电机，它们都有定子和转子。这些发电机在实际使用中有其自身的缺点和优点。同时交流同步电机的转速和电网因为其计算复杂而导致实际应用难以取得良好效果。本文介绍了永磁双转子发电机，它利用了异步发电机的同步运行特性和同步发电机的电气特性。可以有更好的电机效率和功率因数，文章介绍了其原理和应用。

关键词：风力发电机 永磁双转子 发电机

引言

永磁双转子发电机的基本结构包括内转子或外转子的两种结构模式。永磁双转子发电机的主要部件包括有源转子、定子、异步转子、从动转子、同步转子、轴承和引线。这些部件构成外定子发电机或内定子发电机，而永磁双转子发电机通常可理解为在发电机的定子和有源转子之间增加从动转子。[1]

一、风力发电应用情况

在当前的风力发电中，发电机是将机械能转换为电能的主要方式，其转换效率直接影响电源的质量和效率。过去的一些时间当中，风力发电技术飞速发展，其单机容量也在以极快的速度增加，现在这种技术已经日趋成熟。目前的风力涡轮机通常包括两种形式，双馈异步发电机和永磁同步发电机。双馈异步发电机具有与绕线型异步发电机类似的结构。转子电流从滑环引入，风速的变化量从恒速变速箱读出并引入发电机。为了确保定子的稳定电流频率，必须通过变频器控制转子电流的频率，以确保发电机速度适应风速变化。永磁同步发电机使用永磁同步发电机和全功率變频器作为风力发电的核心。风力涡轮机的定子通过全功率变频器和变压器连接到高压电网。变频器集成风力涡轮机输出的不同频率的交流电流，并以直流电的形式输出。然后将其反转为具有相同频率幅度的交流电并传送到电网。从近年来运行的风力涡轮机的实际情况来看，存在一些问题。在大多数风力发电设施中，使用双馈异步发电机。近年来，稀土永磁材料的发展突飞猛进，永磁同步发电机的应用越来越多。在大多数情况下使用的双馈异步发电机需要配备变速箱以提高速度，并且塔的总重量会大大增加。同时齿轮箱具有很大的故障概率，所以要应用此设施就必须经常性的进行维护，带来更高的维护成本。同时双馈异步发电机需要吸收大量的无功功率，这就会很明显的影响发电机的发电效率，与此同时降低功率因数，也存在一定的低压穿透问题。同时运行过程中有着滑环和电刷，所以维护过程比较难以进行。永磁同步发电机存在一些问题。同时，永磁体在振动和高温时很容易失磁，所以如果电流量太大，这可能导致不可逆的磁场退化，进而导致电机废料。[2]

二、永磁双转子发电机的应用

如今，常用的双馈异步发电机和永磁同步发电机各有优缺点。如果使用永磁双转子发电机，它可以有效地避免发电机出现缺陷，发扬其优势。永磁体双转子发电机的风力发电系统包括诸如齿轮箱，永磁体双转子发电机和电网的部件。其中，变速箱是一个多级变速箱，如果需要，可以使用汽车的普通变速箱。使用永磁体双转子发电机的发电系统具有同步发电机的特性，因此通常可以使用多级发电机，并且需要低速来确定变速箱的齿轮速比。当风速增加直到它高于发电机的稳定发电滑动率时，应该将其切换到下一个时间水平，这可以有效地确保发电机可以在允许范围内发电。实现了在不需要全功率逆变器的系统的支持下的同步发电过程。该系统没有复杂的电子系统和配件，如滑环，因此系统的操作非常简单可靠。同时这种发电系统具有比较高的功率因数和效率，兼以比较低的维护费用，从整体上降低了投资数目，在提高性能的同时，它还带来了更好的经济效益，并可预测其对风力发电的积极影响。[3]

三、永磁双转子发电机作为普通发电机的应用

当今世界发电厂中使用的发电机通常是同步发电机，很少使用异步发电机。同步发电机的应用通常具有非常严格的限制，并且必须确保发电机速度和电网频率之间的严格比率。如果确定发电机的频率和级数，则发电机必须始终以特定速度发电，如果发电机速度改变，则将导致失步。进而发电机的系统整体会遭到严重的破坏。如果出现这种问题，会导致发电机出现事故，严重的甚至会使整个电网出现严重的问题。所以同步发电机的应用过程，是需要严格的电气机械控制设备进行监控的，这就很大程度的增加了投资数额，与此同时发电系统整体可靠性比较低。如果在以同步发电机为核心的电网系统中出现一些问题，则可能成为一个严重的问题。采用永磁双转子电机能够有效的避免这些问题，带来良好的经济效益的同时提高可靠性。[4～6]

结语

永磁双转子发电机是一种比较新颖的产品，但也具有异步和同步发电机的优点。作为异步同步发电机，传统的同步发电机中不存在单个转子发电机。因而该种电机使用在风力发电领域就会避免逆变器配置需要过高的资本投入，同时也大幅度的增加了电机可靠性。当风速相对较低时，发电机不必退出运行模式，相反，发电机可以工作以提高电网的整体功率。永磁双转子电机将会在未来应用在越来越多的领域当中，对其性质的研究需要各方面共同进行。

参考文献

[1]陈朝富.（2015）.应用于风力发电机的永磁双转子电机.科学与财富（32），110-110.

[2]孙屹东，黄坚.（2015）.应用于风力发电机的永磁双转子电机.电机与控制应用（4），58-61.

[3]曹江华，杨向宇，姚佳.（2008）.双转子永磁同步风力发电机设计与应用.微电机，41（2），65-66.

[4]孙屹东.（2014）.永磁双转子电机应用于风力发电机的考虑.2014`中国电机及系统发展论坛.

[5]高钰阁.（2010）.对转双转子永磁同步风力发电机的设计与分析.（Doctoraldissertation，沈阳工业大学）.

[6]褚占宇.（2013）.双转子永磁风力发电机设计研究.（Doctoraldissertation，沈阳工业大学）.