微電網(wǎng)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)

摘 要:小型風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)潛力巨大。小型風(fēng)電機(jī)組相關(guān)設(shè)備制造、小型風(fēng)電技術(shù)研發(fā)、風(fēng)電路燈等領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，市場(chǎng)前景看好。本文設(shè)計(jì)的永磁發(fā)電機(jī)，具有體積小，功率密度高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:微網(wǎng)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

中圖分類號(hào):TM32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)09(c)-0057-02

1 引言

目前原料供應(yīng)短缺以及由于資源稀少產(chǎn)生的成本升高導(dǎo)致工廠和居民的生活成本增加。其中最重要的是來自石油、煤、天然氣等自然不可再生資源的缺乏。進(jìn)入21世紀(jì)，學(xué)者們?cè)絹碓蕉嗫紤]到可持續(xù)發(fā)展，造福于后人的道路中來，人們開始減少對(duì)化石燃料無限制的開采和依賴。開始著眼于可再生能源的研發(fā)工作。目前可替代的主要能源有:燃料電池，甲醇，生物能，太陽能，潮汐能，風(fēng)能。但是目前只有水力發(fā)電和核電發(fā)電功效比較顯著。但是對(duì)于核能的使用風(fēng)險(xiǎn)較大，在本次2011日本九級(jí)大地震中就體現(xiàn)出地質(zhì)運(yùn)動(dòng)對(duì)于機(jī)組和反應(yīng)堆有著摧毀的可能性。所以研究純凈低危害的風(fēng)能刻不容緩。

2 微電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電

我國(guó)較大規(guī)模地開發(fā)和應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，始于70年代，當(dāng)時(shí)研制的風(fēng)力提水機(jī)用于提水灌溉和沿海地區(qū)的鹽場(chǎng)，研制的較大功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用于浙江和福建沿海，特別是在內(nèi)蒙古地區(qū)由于得到了政府的支持和適應(yīng)了當(dāng)?shù)刈匀毁Y源和當(dāng)?shù)厝罕姷男枨螅⌒惋L(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究和推廣得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。對(duì)于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)居住分散的農(nóng)牧民群眾的生活用電和部分生產(chǎn)用電起了很大作用。

進(jìn)入2008年下半年以來，受國(guó)際宏觀形勢(shì)影響，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度趨緩。為有力拉動(dòng)內(nèi)需，保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)平穩(wěn)較快發(fā)展，政府加大了對(duì)交通、能源領(lǐng)域的固定資產(chǎn)投資力度，支持和鼓勵(lì)可再生能源發(fā)展。作為節(jié)能環(huán)保的新能源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)贏得歷史性發(fā)展機(jī)遇。為全面推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，部分仍存在缺點(diǎn)、無電居民的地區(qū)加快小型風(fēng)電發(fā)展步伐，加大了解決邊遠(yuǎn)地區(qū)群眾供電難問題的投資力度，有力推動(dòng)了小型風(fēng)電的進(jìn)一步推廣。

中國(guó)風(fēng)力等新能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊，預(yù)計(jì)未來很長(zhǎng)一段時(shí)間都將保持快速發(fā)展。隨著中國(guó)風(fēng)電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)等新型技術(shù)的日漸成熟，小型風(fēng)力發(fā)電的成本可望再降，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提升，小型風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)潛力巨大。小型風(fēng)電機(jī)組相關(guān)設(shè)備制造、小型風(fēng)電技術(shù)研發(fā)、風(fēng)電路燈等領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，市場(chǎng)前景看好。

尤其是20世紀(jì)80年代初期，開始新興小型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村以及邊緣地區(qū)的電氣化措施之一。相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)研制的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)供給農(nóng)民一家一戶使用。目前，一千瓦的機(jī)組技術(shù)已經(jīng)大力實(shí)行，形成了一萬臺(tái)每年的能力。近幾年來，連續(xù)十年之內(nèi)國(guó)內(nèi)消耗了5千臺(tái)機(jī)器以上，出口也多達(dá)100多套。

國(guó)內(nèi)研制如今，可以生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品:100W，150W，200W，300W，500W，1kW，2kW，5kW，10kW小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

其中小功率的發(fā)電機(jī)最為暢銷。在電網(wǎng)不發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)，大約60萬的居民利用風(fēng)能實(shí)現(xiàn)了電氣化。

3微電網(wǎng)的風(fēng)機(jī)

小型家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造:是由風(fēng)輪，發(fā)電機(jī)裝置，調(diào)向器(尾翼)，塔架，限速安全機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能裝置，逆變器構(gòu)成。如圖1所示。

其中發(fā)電機(jī)裝置又由:機(jī)頭，轉(zhuǎn)體，尾翼，葉片組成。可分為有螺旋槳型，無尾舵型，如圖1所示。

葉片:用來接收風(fēng)力并且通過機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能。

尾翼:使葉片始終對(duì)著來風(fēng)的方向從而捕獲最大風(fēng)能。

轉(zhuǎn)體:使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能。

機(jī)頭:轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出變化的交流電，經(jīng)過充電器部分的整流，再對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成相關(guān)的化學(xué)能。然后用保護(hù)電路的逆變電源把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流才能使用。其中發(fā)電機(jī)可分為三類:直流發(fā)電機(jī)，同步交流發(fā)電機(jī)，異步交流發(fā)電機(jī)。

4 微電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

4.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的構(gòu)造

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參數(shù)如下:額定功率:45kW，額定轉(zhuǎn)速600r/min，額定轉(zhuǎn)矩715Nm，8極48槽，額定電壓380V，額定電流80A。采用釹鐵硼永磁體，電機(jī)直徑368mm，電機(jī)長(zhǎng)度280mm，如圖2所示。

4.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁密分布

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空載磁密云圖如圖4所示，可以看出，磁密最大為2.5T，發(fā)生在U型釹鐵硼永磁體對(duì)應(yīng)的定子中部的齒槽處。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定負(fù)載磁密云圖如圖3所示，可以看出磁密最大為3T，由于定子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加。

4.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后經(jīng)過齒輪箱升速后，機(jī)械轉(zhuǎn)速為573r/min(3600弧度/分)，發(fā)電機(jī)的負(fù)載電磁轉(zhuǎn)矩640Nm，發(fā)出電磁功率為38.4kW，如圖4所示。

5結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的永磁發(fā)電機(jī)，具有體積小，功率密度高等特點(diǎn)，適合于微網(wǎng)小型風(fēng)力發(fā)電。在電網(wǎng)不發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)，比如海島、西部高山、戈壁、邊防哨所，小功率的發(fā)電機(jī)比較暢銷，居民利用風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能實(shí)現(xiàn)了電氣化。

參考文獻(xiàn)

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