1. 前 言

      近年因地球升溫問題嚴重，無CO2排放的自然能源的充分利用引人注目。作為自然能源，一般為太陽能與風能。全世界都在興建風力發(fā)電廠并不斷擴大輸出功率，可望在今后的系統(tǒng)供電中發(fā)揮作用。在此背景下，“明電”公司開發(fā)了用于風力發(fā)電的永磁發(fā)電機。2009年1號機組已制造出廠。本文闡述了PMG的結(jié)構(gòu)、特點，并對開發(fā)中有關研討、驗證的事項予以介紹。

      2. 風力發(fā)電用PMG的結(jié)構(gòu)和特點圖1所示

      為開發(fā)的風力發(fā)電用PMG外觀，圖2為其結(jié)構(gòu)斷面，額定參數(shù)列于表1。本PMG因與風輪直接連接，是與風輪轉(zhuǎn)速一致的低速旋轉(zhuǎn)發(fā)電機。風輪與發(fā)電機轉(zhuǎn)子的負荷重量由共用的一個軸承支撐，采用了這種單軸承的結(jié)構(gòu)。定子的鐵芯和線圈安裝在圓筒形的機座內(nèi)，機座的外表面設有冷卻風扇，為外殼表面冷卻結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子是在圓筒形的輪輻表面裝有永磁鐵的單純結(jié)構(gòu)，因沒有勵磁線圈，故無需供轉(zhuǎn)子勵磁電流用的滑環(huán)和電刷，維護簡單方便。如上所述，本PMG因與風輪直接連接，不設增速機構(gòu)，沒有機械噪音源的增速齒輪傳動，故對降噪方面也是有利的。 圖1 風力發(fā)電機用PMG外觀多磁極的三相PMG，與風輪轉(zhuǎn)速一致的低速發(fā)電機，能與風輪直接連接運轉(zhuǎn)，故無需增速機構(gòu)。表1 風力發(fā)電用PMG的額定參數(shù) 圖2 風力PMG的結(jié)構(gòu)斷面圖 定子鐵芯和線圈配置在機座內(nèi)，永磁體安裝于轉(zhuǎn)子表面。是利用機座表面的冷卻風扇進行冷卻的外殼冷卻結(jié)構(gòu)。

      3 PMG開發(fā)中的研討與驗證

      3.1 磁鐵的選擇 (1)不可逆退磁本PMG采用了釹鐵硼(NdFeB)系的永磁體。永磁體的處理應避免不允許的退磁現(xiàn)象。對于永磁體來說，有可逆的退磁和不可逆的退磁，特別是因風力發(fā)電機是設置在塔桿上，在其運行期間，不得出現(xiàn)不可逆的退磁現(xiàn)象。作為引起不可逆退磁的重要原因是:由于磁鐵暴露于高溫下導致的退磁以及由外部磁場導致的退磁。前者是在負荷運轉(zhuǎn)時電機內(nèi)部及磁鐵本身的溫度上升造成的;后者則是起因于短路事故時的短路電流引起反向磁場造成的。 (2)對退磁的討論與對策 PMG在短路事故時，要求具有充分的耐受強度，而且起因于短路電流的反向磁場不允許產(chǎn)生退磁。對于磁鐵的磁化特性來說，在某一磁場強度下存在急劇彎曲的拐點，這被稱之為居里點(即當溫度高于此點時，順磁體的分子磁力消失)。當反向磁場強度超過這一居里點時，磁鐵則產(chǎn)生不可逆退磁。圖3所示PMG短路時的反磁場，是通過磁場分析求出。我們選用了高矯頑力的釹鐵硼磁體，即使帶負荷運轉(zhuǎn)時的磁鐵溫度下產(chǎn)生短路，這種磁體具有的居里點也能克服反向磁場的退磁作用。 圖3 三相突發(fā)短路時的反磁場藉磁場分析求出瞬間短路時反向磁場的大小，是選定磁體的重要特性。

     3.2 PMG的特性計算藉助FEM(有限元法)磁場分析進行了空載感應電壓、三相短路電流、電感等PMG的特性計算。負載特性由式(1)～式(4)等值電路方程式求得。