Infolytica 软件在兆瓦级外转子永磁风力发电机开发中的应用

2013-7-3 17:45| 发布者: admin| 查看: 2349| 评论: 0

摘要: 风能作为一种可再生的清洁能源，近年来被人们所关注，风力发电更是受到人们越来越多的重视。

作者：张巍单位：沈阳远大科技电工有限公司

1 前言

    风能作为一种可再生的清洁能源，近年来被人们所关注，风力发电更是受到人们越来越多的重视。一般大型风力发电系统都采用增速机构将风力机的转速提高后再驱动发电机，然而，采用多级齿轮的机械传动，不仅增加了振动和噪声，而且由于润滑系统和机械磨损需要定期维护，使增速机构成为风电机组故障率较多的薄弱环节[1]。永磁发电机的优点是不需要电励磁，可实现无刷化，无励磁损耗，因而效率高，同时永磁体又可提高气隙磁通密度，使电机的功率密度提高。虽然发电机的成本有所增加，但对于降低机组的振动噪声和提高运行可靠性有着重要意义。
    本文以公司研发的1.5MW直驱式永磁同步风力发电机作为研究对象，首先应用磁路法对电机进行了电磁设计，然后应用Infolytica系列软件中的MotorSolve和MagNet两款软件完成了发电机从基础建模、参数优化后的结果分析到瞬态负载场电磁特性和主要性能参数求解的过程，最后通过实验数据验证了MagNet软件分析计算的准确性。

    2 外转子永磁发电机的结构特点和设计原则
    2.1 外转子风力发电机的结构特点
    外转子永磁同步发电机的结构与传统电机有明显的区别。定子固定在电机的中心，而外转子围绕着定子旋转。整个电机结构的关键部分是转子。永磁体沿圆周径向均匀安放在转子内侧，在电机运行时，磁体受到的离心力使其向外压迫，从而使磁体本身更牢固地结合在转子上。转子直接暴露在空气中，因此相对于内转子它具有更好的通风冷却条件。
    这种外转子风力发电机在结构上有以下优点：
    1)风叶直接安装在电机外壳上，电机和风叶之间无其他传动装置，风能得到充分利用。
    2)传统电机的永磁体安装在内转子上，为能在低速运行时输出正常频率，磁极数目常常较多，相应的转子和定子的直径会更大，成本较高。外转子电机中，转子相对于传统电机来说直径较大，多极结构比较容易实现，在保证高效率的同时降低了成本。
    3)外转子永磁风力发电机中没有增速齿轮箱和励磁线圈，结构简单，制造成本低；降低了振动和噪声，发生故障的几率减小，便于维护，增加了系统的可靠性。

4)由于外转子的惯性较大，在强风或者阵风的情况下，电机也可以平稳运行。因此，永磁风力发电机采用外转子的结构相对内转子而言，无论是对电机本体设计还是对风电机组的整体安装、运行维护都具有非常大的优势。