離網型低速高效永磁風力發電機的研制

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。