無刷勵磁直驅機電機變頻大型風力發電技術

　　直驅機有相當的技術優勢．但需要一個全功率的變頻器，發電機和變頻器的價格均要高出雙饋機一頭．所以日前直驅機的性價比并不高，再加上其機組超大，運輸安裝成本更高。例如，一種采用每分鐘20.5轉、％極的4m直徑的直驅永磁發電機，由葉輪直接驅動。由于發電機成本高，整個傳輸系統比基本驅動鏈系統（3級齒輪箱變速加雙饋異步）成本高30%，但發電量也高，平衡起來，機組在同容量下，比基本驅動鏈結構發電成本高6%,雖然成本高，但免去齒輪箱減少了維修成本（5）

　　除了價格高、性價比低外，直驅機的其它技術缺陷也是不能忽視的。風力發電機的低速運行特點，要求發電機組采取多極的特殊結構，極組需要在發電機的圓周展開，導致發電機直徑增大如德國Enercon公司的E -40型500k%v無齒輪直驅風電機組，發電機有84極，粗胖的電機直徑達到了4. 8m,使機艙有突出部。影響了空氣動力特性（6)，還增加了風機的風阻力。圖1是上海科技情報研究所文章中的兩種機型機艙直觀比較。

　　像盤子形狀且笨重的直驅發電機，風阻力。圖1是上海科技情報研究所文章中的兩種機型機艙直觀比較。像盤子形狀且笨重的直驅發電機，加上同樣又大又重的風葉，占據了機艙的前半部，其重心偏離塔筒，單邊懸在空中，加大了塔筒、地基的制造難度和成本。同時，需作超寬超高大件運輸的發電機也會進一步增加風機的運輸和安裝成本。為此，西門子的SWT一3.6一107直驅機，首先沿用了1. 3MW和2.3MW風機的雷茄煙型的瘦長園柱體機艙，以期改善直驅機機艙的風動力特性，降低風阻力；其次，西門子3.6MW直驅機設計成加長主軸并增加前后二個軸承．使直驅發電機后移到風葉的對側以平衡風葉重量，從而使機艙重心后移到塔筒內．圖2為西門子雙軸承長主軸直驅機結構示意圖，圖31〕為其機艙布局示意二可見，針對直驅機的改進，探索下一代更先進、更可靠、性價比更高的風力發電機技術已經在全球范圍內展開。

 

　　l、PCT無刷勵磁直驅機

　　筆者作為上海億途能源動力研究所的創始人，在上世紀曾接受了上海市政府下達的1976年電機研究重大技術攻關項目，從此長期關注風力發電技術的產業化進程，在電機理論和實用機型研究中，略有技術積累。例如，將交流同步和異步電機歸納為《差速同步電機》，作為一種統一電機加以研究．采用經典理論推導出機電能量轉換的普遍規律，并以“交流電機定則”加以論述如下：在正常運行（包括正常起動、制動）的無損耗交流電機中：

　　1一1、其定子磁場和轉子磁場具有相同的絕對轉速；而轉子磁場的絕對轉速可以分解為轉子磁場對于轉子體的相對轉速與轉子體的機械轉速的矢量和，所以電機的機械轉速等于定子磁場對于定子體的轉速與轉子磁場對于轉子體的轉速的矢量差。

 

　　1 -2、交流電機中電能的流動方向可以這樣判定：如果定子場和轉子場相對轉速方向相同，則定子和轉子中電能流動方向相反，在電機磁場轉動方向上超前的場輸人電能而磁場轉動方向上落后的場輸出電能；如果定子場和轉子場相對轉速方向相反，則定子、轉子電能流動方向相同，在發電機中是同時輸出電能，在電動機中是同時輸人電能。

　　1 -3、交流電機轉子和定子中有功功率之比等干轉子場和定子場相對轉速之比（亦即等于轉差率）的負值。

　　從當前技術角度看，“差速同步電機”的異步運行，即目前稱為交流勵磁電機、異步化同步電機，或主流機型—雙饋一異步機，也未嘗不可，所以“交流電機定則”可以看作為指導雙饋異步機中機電能量流動變化的理論依據。