三相永磁同步电机—机械摩擦转矩

机械摩擦转矩是转子与机座等部件之间的轴承配合、密封及润滑等方面的原因引起的摩擦转矩，很大程度上取决于工艺水平，其计算非常复杂，但在起动阻转矩中所占比例非常小。当永磁体相对于电枢铁心运动时，会在电枢中产生磁滞损耗，被永磁体磁化的电枢铁心内的磁场滞后于永磁磁场一个角度，两者相互所用产生磁滞转矩。磁滞转矩在起动阻转矩中所占比例也非常小。起动阻转矩的主要部分为齿槽转矩，要降低起动阻转矩，必须降低齿槽转矩。齿槽转矩的产生机理和削弱方法详见第五章。由于直驱式永磁同步风力发电机的电枢铁心呈扁平状，不能采用斜槽的方法，常用的方法是分数槽。

( 1）结构设计时需考虑冷却与散热。

大型风力发电机通常安装在距离地面较高的机舱内，会因散热不畅而导致电机部件出现故障，维护和保养非常不便。另外，永磁材料对温度变化比较敏感，温度过高将造成永磁材料性能的降低，甚至不可逆去磁。因此，永磁同步风力发电机的温升计算和冷却系统设计非常重要。进行兆瓦级永磁同步风力发电机组的冷却设计时，需要考虑整个系统的效率、尺寸和工艺实现的难度等。鉴于直驱式永磁同步发电机本身的特点，以及整体经济性方面的考虑，直驱式永磁同步风力发电机多采用风冷和水冷技术。

风冷风力发电机具有结构简单、投资与运行费用较低、便于管理与维护等优点，但其冷却效果受气温影响较大，冷却能力较弱。风冷分为自然风冷和强迫风冷，功率较小的风力发电机只需通过自然通风就可以达到冷却要求。对于直驱式永磁同步风力发电机，主要考虑两个方面：一是电机外径较大，考虑在扼部加装离心式风扇以及利用转子的“扇风”作用，促进冷却气流的流动；二是风力发电机的机体外就是促使电机运转的自然风，且风速较大，可以考虑利用自然风来冷却电机。

水冷是风力发电机采用的另一种冷却方式，由于水的导热系数比较高，其冷却效果比风冷要好。采用水冷的发电机结构更为紧凑，虽增加了换热器与冷却介质管道的费用，却大大提高了发电机的冷却效果。同时由于机舱可以设计成密封型，避免了风沙雨水的侵人，给机组创造了洁净的工作环境，延长了设备使用寿命。

一、直驱式永磁同步风力发电机的特点

与常规发电机相比，直驱式永磁同步风力发电机具有以下特点：

( 1）无齿轮增速箱，消除了齿轮箱渗漏油、磨损等隐患，系统维护工作量小，运行成本低，进人机舱维护方便。

( 2）噪声小，系统简单，运行可靠。

( 3）损耗小，系统效率高。

( 4）在20年的设计寿命期内，总使用成本比带增速齿轮箱的双馈型风力发电机低15％。

( 5）机舱、发电机分开吊装，单件起吊重量小于同功率带增速箱的发电机。

( 6）机舱、发电机、轮毅采用正压技术，可防止潮湿、盐雾、沙尘等进人。

( 7）采用全功率变流器，可根据要求进行有功功率、无功功率及频率输出的任意调节，谐波含量低，具有很强的低电压穿越能力以适应电网扰动，并网特性完全满足目前国际上最新风电并网技术标准的要求。

二、直驱式永磁同步风力发电机存在的问题

直驱式永磁同步风力发电机存在以下间题：

( 1）电机直径大、重量大，需要考虑运输、安装等间题。

( 2）永磁体退磁问题。

( 3）风力发电机的使用环境恶劣、永磁体耐温不高，所以冷却问题尤为突出。

( 4）轴承和振动问题。

( 5）为避免电网对发电机的冲击，需要考虑保护问题。

三、典型的直驱式永磁同步风力发电机

由于直驱式永磁同步风力发电机组具有噪声低、寿命长、体积小、运行维护成本低、低风速时效率高等多种优点，显著提高了风力发电的效益。世界各国的学者和风力发电企业针对上述关键技术进行研究，开发了一批直驱式风力发电机，其中荷兰Zephyros公司的272直驱永磁风力发电机较为典型川。

荷兰Z即hyros公司在2002年生产出272直驱永磁风力发电机，如图9一12所示，主要用于海上风力发电，具体性能参数见表9一1 。采用内转子结构，定子空气冷却。图9一13为不同输出功率和不同转速时的效率曲线。图9一14为不同风速时的输出功率。该发电机组在安装之后的1 . 5年内，工作了700oh，发电4500MW h。