應用于風力發電機的永磁雙轉子電機

楊淑娟

摘 要：目前使用的最常見的發電機是交流異步發電機和交流同步發電機，它們都有定子和轉子。這些發電機在實際使用中有其自身的缺點和優點。同時交流同步電機的轉速和電網因為其計算復雜而導致實際應用難以取得良好效果。本文介紹了永磁雙轉子發電機，它利用了異步發電機的同步運行特性和同步發電機的電氣特性。可以有更好的電機效率和功率因數，文章介紹了其原理和應用。

關鍵詞：風力發電機 永磁雙轉子 發電機

引言

永磁雙轉子發電機的基本結構包括內轉子或外轉子的兩種結構模式。永磁雙轉子發電機的主要部件包括有源轉子、定子、異步轉子、從動轉子、同步轉子、軸承和引線。這些部件構成外定子發電機或內定子發電機，而永磁雙轉子發電機通常可理解為在發電機的定子和有源轉子之間增加從動轉子。[1]

一、風力發電應用情況

在當前的風力發電中，發電機是將機械能轉換為電能的主要方式，其轉換效率直接影響電源的質量和效率。過去的一些時間當中，風力發電技術飛速發展，其單機容量也在以極快的速度增加，現在這種技術已經日趨成熟。目前的風力渦輪機通常包括兩種形式，雙饋異步發電機和永磁同步發電機。雙饋異步發電機具有與繞線型異步發電機類似的結構。轉子電流從滑環引入，風速的變化量從恒速變速箱讀出并引入發電機。為了確保定子的穩定電流頻率，必須通過變頻器控制轉子電流的頻率，以確保發電機速度適應風速變化。永磁同步發電機使用永磁同步發電機和全功率變頻器作為風力發電的核心。風力渦輪機的定子通過全功率變頻器和變壓器連接到高壓電網。變頻器集成風力渦輪機輸出的不同頻率的交流電流，并以直流電的形式輸出。然后將其反轉為具有相同頻率幅度的交流電并傳送到電網。從近年來運行的風力渦輪機的實際情況來看，存在一些問題。在大多數風力發電設施中，使用雙饋異步發電機。近年來，稀土永磁材料的發展突飛猛進，永磁同步發電機的應用越來越多。在大多數情況下使用的雙饋異步發電機需要配備變速箱以提高速度，并且塔的總重量會大大增加。同時齒輪箱具有很大的故障概率，所以要應用此設施就必須經常性的進行維護，帶來更高的維護成本。同時雙饋異步發電機需要吸收大量的無功功率，這就會很明顯的影響發電機的發電效率，與此同時降低功率因數，也存在一定的低壓穿透問題。同時運行過程中有著滑環和電刷，所以維護過程比較難以進行。永磁同步發電機存在一些問題。同時，永磁體在振動和高溫時很容易失磁，所以如果電流量太大，這可能導致不可逆的磁場退化，進而導致電機廢料。[2]

二、永磁雙轉子發電機的應用

如今，常用的雙饋異步發電機和永磁同步發電機各有優缺點。如果使用永磁雙轉子發電機，它可以有效地避免發電機出現缺陷，發揚其優勢。永磁體雙轉子發電機的風力發電系統包括諸如齒輪箱，永磁體雙轉子發電機和電網的部件。其中，變速箱是一個多級變速箱，如果需要，可以使用汽車的普通變速箱。使用永磁體雙轉子發電機的發電系統具有同步發電機的特性，因此通常可以使用多級發電機，并且需要低速來確定變速箱的齒輪速比。當風速增加直到它高于發電機的穩定發電滑動率時，應該將其切換到下一個時間水平，這可以有效地確保發電機可以在允許范圍內發電。實現了在不需要全功率逆變器的系統的支持下的同步發電過程。該系統沒有復雜的電子系統和配件，如滑環，因此系統的操作非常簡單可靠。同時這種發電系統具有比較高的功率因數和效率，兼以比較低的維護費用，從整體上降低了投資數目，在提高性能的同時，它還帶來了更好的經濟效益，并可預測其對風力發電的積極影響。[3]

三、永磁雙轉子發電機作為普通發電機的應用

當今世界發電廠中使用的發電機通常是同步發電機，很少使用異步發電機。同步發電機的應用通常具有非常嚴格的限制，并且必須確保發電機速度和電網頻率之間的嚴格比率。如果確定發電機的頻率和級數，則發電機必須始終以特定速度發電，如果發電機速度改變，則將導致失步。進而發電機的系統整體會遭到嚴重的破壞。如果出現這種問題，會導致發電機出現事故，嚴重的甚至會使整個電網出現嚴重的問題。所以同步發電機的應用過程，是需要嚴格的電氣機械控制設備進行監控的，這就很大程度的增加了投資數額，與此同時發電系統整體可靠性比較低。如果在以同步發電機為核心的電網系統中出現一些問題，則可能成為一個嚴重的問題。采用永磁雙轉子電機能夠有效的避免這些問題，帶來良好的經濟效益的同時提高可靠性。[4～6]

結語

永磁雙轉子發電機是一種比較新穎的產品，但也具有異步和同步發電機的優點。作為異步同步發電機，傳統的同步發電機中不存在單個轉子發電機。因而該種電機使用在風力發電領域就會避免逆變器配置需要過高的資本投入，同時也大幅度的增加了電機可靠性。當風速相對較低時，發電機不必退出運行模式，相反，發電機可以工作以提高電網的整體功率。永磁雙轉子電機將會在未來應用在越來越多的領域當中，對其性質的研究需要各方面共同進行。

參考文獻

[1]陳朝富.（2015）.應用于風力發電機的永磁雙轉子電機.科學與財富（32），110-110.

[2]孫屹東，黃堅.（2015）.應用于風力發電機的永磁雙轉子電機.電機與控制應用（4），58-61.

[3]曹江華，楊向宇，姚佳.（2008）.雙轉子永磁同步風力發電機設計與應用.微電機，41（2），65-66.

[4]孫屹東.（2014）.永磁雙轉子電機應用于風力發電機的考慮.2014`中國電機及系統發展論壇.

[5]高鈺閣.（2010）.對轉雙轉子永磁同步風力發電機的設計與分析.（Doctoraldissertation，沈陽工業大學）.

[6]褚占宇.（2013）.雙轉子永磁風力發電機設計研究.（Doctoraldissertation，沈陽工業大學）.