小型交流永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　1　引　言

　　人們?cè)褂眠^直流發(fā)電機(jī)、電磁式交流發(fā)電機(jī)、爪極式發(fā)電機(jī)、磁阻式發(fā)電機(jī)以及感應(yīng)子式發(fā)電機(jī)等用于小型風(fēng)能發(fā)電裝置。隨著永磁材料的技術(shù)發(fā)展，永磁材料磁能積大大提高，目前主要使用永磁發(fā)電機(jī)。該類電機(jī)不論從電氣性能上，還是在安全可靠性上講，都優(yōu)于前幾類發(fā)電機(jī)。由于該類發(fā)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)所與一般發(fā)電機(jī)不同，其技術(shù)要求有其特殊性，在性能上又必須與風(fēng)力機(jī)有良好的匹配，因此，就該類發(fā)電機(jī)中的幾個(gè)問題進(jìn)行一些分析、探討。

　　2　技術(shù)要求

　　圖1為小型風(fēng)能發(fā)電裝置的原理圖，風(fēng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，風(fēng)輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，整流后輸出。該類發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，首先要選擇發(fā)電機(jī)的型式和整流線路；確定計(jì)算的整流功率，額定功率、電壓、轉(zhuǎn)速等。對(duì)它的主要技術(shù)要求為

　?。?）額定輸出功率PN（W）；（2）額定輸出電壓（直流）UN（V）；（3）額定轉(zhuǎn)速NN（r／min）;（4）發(fā)電機(jī)效率η（）;（5）起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩TN（N.m）；（6）在65額定轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機(jī)的空載電壓應(yīng)不低于額定電壓；（7）在150額定轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機(jī)在額定電壓下應(yīng)能過載運(yùn)行2min；（8）發(fā)電機(jī)在空載情況下，應(yīng)能承受2倍額定轉(zhuǎn)速，歷時(shí)2min，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)不發(fā)生損壞及有害變形；（9）發(fā)電機(jī)應(yīng)能防雨雪，防沙及防雷。

　　除此之外，還應(yīng)符合一般電機(jī)的絕緣、耐壓、機(jī)械強(qiáng)度等技術(shù)要求。

　　技術(shù)要求中（5）、（6）、（7）、（8）是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特殊要求，下面將分別進(jìn)行分析。

　　3　電磁負(fù)荷的選擇

　　近代電機(jī)制造的實(shí)踐和電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)大致給出了設(shè)計(jì)電機(jī)的線負(fù)荷As和磁負(fù)荷Bδ的范圍。當(dāng)As和Bδ的乘積相同時(shí)，則As和Bδ之間的比值決定著發(fā)電機(jī)的不同參數(shù)，力能指標(biāo)和質(zhì)量。當(dāng)Bδ大而As小時(shí)發(fā)電機(jī)為富鐵型，而當(dāng)As大而Bδ小時(shí)發(fā)電機(jī)為富銅型。

　　電機(jī)電負(fù)荷的大小以電機(jī)繞組的電流密度j（A／mm2）及線負(fù)荷As（A/cm）來衡量，電負(fù)荷越大，銅損越大。對(duì)于小功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般為低壓大電流。特別是1kW以下發(fā)電機(jī)大多采用24、36V或48V（整流后的直流），這種電機(jī)的額定電流較大。對(duì)于1至10kW的小功率發(fā)電機(jī)，也不能取過高的額定輸出電壓。因?yàn)樵擃惏l(fā)電機(jī)主要采用蓄電池儲(chǔ)能，電壓高，必須用更多的蓄電池，提高了整機(jī)的成本，一般客戶難以接受。總之，小功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)線負(fù)荷比較高，屬富銅型發(fā)電機(jī)，電機(jī)的銅損大，約占電機(jī)總損耗的70左右，這是客觀情況。此外，發(fā)電機(jī)的輸出功率是隨風(fēng)速增加而增加的，如圖2所示。發(fā)電機(jī)功率提高，發(fā)熱增加，但隨著風(fēng)速增加，散熱條件大大改善，因此，對(duì)于該類發(fā)電機(jī)不應(yīng)格守一般電機(jī)選取As的標(biāo)準(zhǔn)，可選取較高As值，既需要又允許。例如一般小功率電機(jī)As為60至80A/cm；而該類發(fā)電機(jī)的As可取為100至150A/cm；而采用高效噴油冷卻的航空發(fā)電機(jī)As可達(dá)300A／cm左右。因此As的選擇要綜合考慮電機(jī)損耗、效率、散熱和應(yīng)用場(chǎng)合，取得一合理數(shù)值。

　　磁負(fù)荷Bδ的選擇，可完全依照電機(jī)理論的一般原則，這里不再贅敘。