无刷励磁直驱机电机变频大型风力发电技术

　　直驱机有相当的技术优势．但需要一个全功率的变频器，发电机和变频器的价格均要高出双馈机一头．所以日前直驱机的性价比并不高，再加上其机组超大，运输安装成本更高。例如，一种采用每分钟20.5转、％极的4m直径的直驱永磁发电机，由叶轮直接驱动。由于发电机成本高，整个传输系统比基本驱动链系统（3级齿轮箱变速加双馈异步）成本高30%，但发电量也高，平衡起来，机组在同容量下，比基本驱动链结构发电成本高6%,虽然成本高，但免去齿轮箱减少了维修成本（5）

　　除了价格高、性价比低外，直驱机的其它技术缺陷也是不能忽视的。风力发电机的低速运行特点，要求发电机组采取多极的特殊结构，极组需要在发电机的圆周展开，导致发电机直径增大如德国Enercon公司的E -40型500k%v无齿轮直驱风电机组，发电机有84极，粗胖的电机直径达到了4. 8m,使机舱有突出部。影响了空气动力特性（6)，还增加了风机的风阻力。图1是上海科技情报研究所文章中的两种机型机舱直观比较。

　　像盘子形状且笨重的直驱发电机，风阻力。图1是上海科技情报研究所文章中的两种机型机舱直观比较。像盘子形状且笨重的直驱发电机，加上同样又大又重的风叶，占据了机舱的前半部，其重心偏离塔筒，单边悬在空中，加大了塔筒、地基的制造难度和成本。同时，需作超宽超高大件运输的发电机也会进一步增加风机的运输和安装成本。为此，西门子的SWT一3.6一107直驱机，首先沿用了1. 3MW和2.3MW风机的雷茄烟型的瘦长园柱体机舱，以期改善直驱机机舱的风动力特性，降低风阻力；其次，西门子3.6MW直驱机设计成加长主轴并增加前后二个轴承．使直驱发电机后移到风叶的对侧以平衡风叶重量，从而使机舱重心后移到塔筒内．图2为西门子双轴承长主轴直驱机结构示意图，图31〕为其机舱布局示意二可见，针对直驱机的改进，探索下一代更先进、更可靠、性价比更高的风力发电机技术已经在全球范围内展开。

 

　　l、PCT无刷励磁直驱机

　　笔者作为上海亿途能源动力研究所的创始人，在上世纪曾接受了上海市政府下达的1976年电机研究重大技术攻关项目，从此长期关注风力发电技术的产业化进程，在电机理论和实用机型研究中，略有技术积累。例如，将交流同步和异步电机归纳为《差速同步电机》，作为一种统一电机加以研究．采用经典理论推导出机电能量转换的普遍规律，并以“交流电机定则”加以论述如下：在正常运行（包括正常起动、制动）的无损耗交流电机中：

　　1一1、其定子磁场和转子磁场具有相同的绝对转速；而转子磁场的绝对转速可以分解为转子磁场对于转子体的相对转速与转子体的机械转速的矢量和，所以电机的机械转速等于定子磁场对于定子体的转速与转子磁场对于转子体的转速的矢量差。

 

　　1 -2、交流电机中电能的流动方向可以这样判定：如果定子场和转子场相对转速方向相同，则定子和转子中电能流动方向相反，在电机磁场转动方向上超前的场输人电能而磁场转动方向上落后的场输出电能；如果定子场和转子场相对转速方向相反，则定子、转子电能流动方向相同，在发电机中是同时输出电能，在电动机中是同时输人电能。

　　1 -3、交流电机转子和定子中有功功率之比等干转子场和定子场相对转速之比（亦即等于转差率）的负值。

　　从当前技术角度看，“差速同步电机”的异步运行，即目前称为交流励磁电机、异步化同步电机，或主流机型—双馈一异步机，也未尝不可，所以“交流电机定则”可以看作为指导双馈异步机中机电能量流动变化的理论依据。