风力发电机组培训教材课件ppt.ppt

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1、目目录绪论第一讲 风能资源第二讲 电工基础第三讲 风力发电中的输变电第四讲 风力发电机组的基本结构第五讲 风力发电中的空气动力学原理第六讲 风力发电机的原理与机组构成第七讲 风力发电机组的运行与维护第六第六讲 风力力发电机的原理机的原理与机与机组构成构成一、鼠一、鼠笼感感应风力力发电机机组 二、二、绕线式感式感应发电机机组 三、双三、双馈异步异步发电机机组 四、四、绕线式同步机的直式同步机的直驱机机组五、五、绕线式同步机式同步机齿轮驱动机机组六、六、永磁直永磁直驱同步同步发电机机组七、七、半半齿轮驱动永磁机永磁机组一、鼠一、鼠笼感感应风力力发电机机组1.1.原理原理2.2.构成构成3.3.应用

2、范用范围4.4.优缺点缺点1.鼠鼠笼机原理机原理风力发电厂 转子子类似鼠似鼠笼，定子，定子类似同步似同步电机定子。机定子。定子通定子通电后，旋后，旋转磁磁场在在转子鼠子鼠笼条中条中产生感生感应电流；流；转子子电流与气隙旋流与气隙旋转磁磁场相互作用，从而在相互作用，从而在转子上子上产生生转矩，矩，这就是就是电动机原理；如果外力拖机原理；如果外力拖动转子，当子，当转速超速超过同步速同步速时，反，反电势就会在定子中感生出就会在定子中感生出电流。流。是是发电还是是电动取决于取决于转差率差率S,S,当当S S为负值，则为发电机，机，对风电S S为-1%-1%至至-2%-2%转差率差率S S是同步旋是同步

3、旋转速度速度NsNs和和实际转子子转速速N N间的相的相对差，即差，即 S=(N S=(Ns s-N)/N-N)/Ns s2.鼠笼风电机组的构成3.应用范用范围v单一鼠一鼠笼感感应机在机在MWMW级以下的定速以下的定速风机中机中获得了广泛的得了广泛的应用；用；v带有有单一具一具备双速双速绕组的鼠的鼠笼感感应机机；通；通过改改变绕组改改变极极对数。数。例如，高速例如，高速时用用4极，低速极，低速时用用6极；极；v带有两台分开的具有不同等有两台分开的具有不同等级的鼠的鼠笼感感应机，机，应用用较少少；v带有有单一鼠一鼠笼感感应机（机（SCIGSCIG）的）的风机，其定子通机，其定子通过电力力电子子变

4、换器（器（PECPEC）与）与电网相网相联，可以大范，可以大范围的的变速。速。这是后面将介是后面将介绍的的变速恒速恒频发电机中的一种。机中的一种。应用鼠用鼠笼机的机的变速恒速恒频机机组4.优缺点（缺点（1）4.1 4.1 优点：点：v它有一些很好的机械和电气特性，可以在风机中使用，即发电机转差。这个“转差”提供阻尼动作，帮助抑制机械振荡；v不要求与电网同步。构造简单，成本低廉，维护方便。它的成本是相同等级的同步电机的十分之一；v这种发电机可以用在变速场合；v它有一定的超载容量和风速变化容量，机组坚实、可靠；v鼠笼转子的极数与定子极数有自适应能力。4.2 缺点：缺点：v缺少同时控制有功和无功的可

5、能性；v因为电网的励磁电流，这些SCIG也消耗无功，总的负荷功率因数（cos）相对低。常用电容组或者静态无功补偿装置（SVC）可以用来补偿无功；v对于一个大范围风速，风机叶片不是运行在最佳运行点；v它不能提供电压或者频率控制，它需要有一个强劲的电网；vSCIG的功率不能很快地进行调整，除非对于变桨距风机进行变桨距操作；v它没有故障穿越特性。在故障期间，它们需要被断开。4.优缺点（缺点（2）4.2 4.2 缺点（缺点（续）v变化的旋转速度会造成大的输出功率振荡，致使电压振荡，可能造成小的闪变；v大的风机转轮机械负荷振荡以及电能振荡被转化成转矩振荡，可能致使齿轮箱故障；v用VSI（变速感应机）技术

6、，即使它工作在大的变速范围，它的尺寸也太大了，因而非常昂贵。二、二、绕线式感式感应发电机机组1.1.原理原理2.2.构成构成3.3.特点特点4.4.优点与局限点与局限5.5.感感应机的无功机的无功补偿1.1.绕线式感式感应发电机原理机原理 WRIG本质上是一台带有定子和转子的感应电机。基本的不同点在转子结构中。WRIG用铜绕组代替了鼠笼结构，有3相星形连接的绝缘铜绕组，缠绕出与定子相同的极数。通过滑环和电刷连接外部可调电阻器。高于额定转速时，有效地控制外部电阻，使转差率可控。通过设定更大的转子电阻或更大的漏电抗，获得更大的滑差，适于较大容量的风机。能在狭窄的变速范围内变速，WRIG是恒速运行和

7、变速运行之间的折中方法。可可调电阻通阻通过滑滑环串入串入转子子绕组中中2.WRIG风力力发电机机组的构成的构成3.WRIG的特点的特点v保留了保留了SCIGSCIG的的优点，能能在狭窄范点，能能在狭窄范围内内变速；速；v转差率直接正比于差率直接正比于转子子电阻，阻，输出出转矩正比于矩正比于转差率；差率；v由于由于转差率有差率有较大改大改变，以致，以致电机的机的转速可改速可改变10%10%以上。以上。Suzlon Suzlon 2.1MW 42.1MW 4极极WRIGWRIG风机机转速甚至可以速甚至可以变化到化到额定定转速的速的16.7%16.7%；v借助于借助于调转差率的差率的变速运行，比速运

8、行，比调桨要快；要快；v将将电阻器旁路，阻器旁路，转子子电气上看起来和气上看起来和SCIGSCIG相同；相同；转子电气上看起来和SCIG相同时，将电阻器旁路 转子电气上看起来和SCIG相同时，将电阻器旁路 4.优点与局限（点与局限（1）4.1 4.1 优点：点：v与相同与相同额定定输出功率的出功率的SCIGSCIG相比，相比，WRIGWRIG在在强惯性性负荷和低起荷和低起动电流下有更好的起流下有更好的起动转矩，更高的效率和功率因数。矩，更高的效率和功率因数。v与与SCIGsSCIGs相比，因相比，因为增加了增加了转差率，它差率，它对电网的运行网的运行变得比得比较灵灵活。活。转子子动力阻尼得到了

9、很大的改力阻尼得到了很大的改进。阵风时如果感如果感应电机有高机有高的的转差率，差率，阵风中的部分能量可以中的部分能量可以转换成成转子的加速度，因此叶子的加速度，因此叶片片转矩角不需要瞬矩角不需要瞬间变小。小。阵风不不仅能通能通过机械机械惯性性缓冲，也能冲，也能将能量存将能量存储在中在中间电容器里。容器里。v控制更控制更简单，因，因为不管不管转子的子的频率率为多少，磁化多少，磁化电流是几乎恒定流是几乎恒定的的。4.优点与局限（点与局限（2）v每提高每提高1%1%的的转差率，就会有差率，就会有1%1%的附加的附加损耗。耗。转子的子的转差功率以差功率以热损失的形式失的形式丢失。又加重了机失。又加重了

10、机舱的冷却的冷却负担。担。v增加了可增加了可调电阻，增加了滑阻，增加了滑环，从而增加了，从而增加了维护费用。用。vWRIG WRIG 不像不像SCIGSCIG那那样坚固耐用；增加了固耐用；增加了绕线转子和控制器件，造价子和控制器件，造价也比也比SCIGSCIG高了高了。同。同时，增加了，增加了维护成本。成本。v对有功功率和无功功率的控制不是很有功功率和无功功率的控制不是很优质的。的。5.感感应机的无功机的无功补偿手段手段v机械开关旁路机械开关旁路电容容v静静态无功无功补偿装置（装置（SVCsSVCs），例如），例如 可控硅开关可控硅开关电容器（容器（TSCsTSCs）晶晶闸管控制管控制电抗器（

11、抗器（TCRTCR）v静静态补偿器（器（STATCOMsSTATCOMs）v动态电压补偿（DVRDVR）电力力电子接口取决于子接口取决于输入参数的特性入参数的特性 三、双三、双馈异步异步发电机机组 1.原理原理2.构成构成3.特点特点4.PEC在在风电机机组中的作用中的作用5.优点与局限点与局限1.原理原理v总体上是一个体上是一个带有三相定子有三相定子线圈的异步圈的异步发电机，定子机，定子线圈直接与圈直接与电网相网相连；v并且三相并且三相转子子线圈通圈通过滑滑环和和PECPEC与与电网相网相连，这里的里的PECPEC仅承担承担额定功率的定功率的30%30%；v风机机转子子电路中的能量通路中的能

12、量通过回收、回收、处理和理和转换，最后通，最后通过部分范部分范围的背靠背的背靠背PECPEC输送送给电网（替代了网（替代了WRIGWRIG中的无源中的无源电阻器）；阻器）；v大大风时，桨矩矩调节和和PECPEC控制控制协调进行；行；转子子电路的路的PECPEC通通过给风机机转子子电路注入路注入频率可率可变的的电流来流来补偿风机机械机机械频率和率和电气气频率率的差的差额；v在次同步状在次同步状态，PECPEC可以从可以从线路路为转速不足的速不足的转子子“借来借来”能量，能量，并且并且传递给定子，使定子仍然能定子，使定子仍然能够为电网提供网提供频率率为50Hz50Hz的的电能；能；v当潮流反向当潮

13、流反向时，电网网侧PECPEC起起变换器的作用，器的作用，转子子侧PECPEC起逆起逆变器器的作用。的作用。转子注入子注入电流流频率的推率的推导 N1=60f1/p (1)其中，N1 同步转速 f1 电网频率 N2=60f2/p (2)其中，N2 旋转磁场相对于转子本身的旋转速度 f2 在转子上通入电流的频率令N为电机转子本身的机械旋转速度，则要求：NN2=N1=50Hz (3)双馈电机的转差率 S=(N1-N)/N1 (4)则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为 F2=pN2/60=p(N1-N)/60=(pN1/60)(N1-N)/N1)=f1S结论：当异步当异步电机的机的转子以子以变

14、化的化的转速旋速旋转时，只要在，只要在转子的三相子的三相绕组中通入中通入转差差频率率f1S的的电流，流，则在双在双馈电机的定子机的定子绕组中就中就能能产生生50Hz的恒的恒频电势。超同步与次同步状超同步与次同步状态 超同步运行超同步运行 次同步运行次同步运行2.DFIG风电机机组的构成的构成Fig.2.Wind Turbine Electric Control Panel:This 500 kW integrated control panel consists of the electronic controller,the capacitor section and soft starte

15、r section.Courtesy: Photo:Joshua EarnestSoft starterCapacitor sectionThyristorCoupling transformerFig.a Thyristor Switched Capacitors:This strategy has a faster response than contactors DFIG机组的塔底控制柜电容器组晶闸管耦合变压器开关电容器的晶闸管：它比接触器响应快软启动器3.特点特点v融合了异步融合了异步发电机（如机（如鲁棒性好）和同步棒性好）和同步发电机（如可机（如可变风速运速运行）的行）的优点点 v最

16、小化最小化风机峰机峰值电压、控制、控制闪变以及以及谐波波v风机的机的变速范速范围可以达到可以达到额定定转速的速的 30%30%左右左右v控制控制转子注入子注入电流的流的频率可以率可以对发电机机进行行变速控制，而控制速控制，而控制转子注入子注入电流的幅流的幅值和相位可以和相位可以对功率因数功率因数进行控制。行控制。v在在转子子侧引入引入crowbarcrowbar电路。当路。当发现转子子侧变换器有被器有被伤害的危害的危险时，crowbarcrowbar就会就会动作使作使转子短路，免受高子短路，免受高电压大大电流的流的伤害。害。4.PEC在在风电机机组中的作用中的作用v 风电机机组运行的可控性更运

17、行的可控性更强；v 有功功率和无功功率可控；有功功率和无功功率可控；v 改善了改善了电能能质量和量和稳定性；定性；v 减少了减少了传动系系统的的负载和噪音；和噪音；v 可以直接可以直接驱动。5.优点与局限（点与局限（1）5.1 5.1 优点点v由于由于转子子电流可流可调，转速可以在有效范速可以在有效范围内内变化，同化，同时可以利用可以利用足足够的有效能量。的有效能量。v由于由于PECPEC可以控制可以控制转子子电压，所以，所以DFIGDFIG可以吸收和可以吸收和输出无功功率。出无功功率。在在电压可能出可能出现波波动的脆弱的脆弱电网中，可以控制网中，可以控制DFIGDFIG从从电网吸收或网吸收或

18、向向电网网输出大量的无功功率。从而使出大量的无功功率。从而使设备在在严重的重的电压波波动时可可以以继续并网运行，有利于并网运行，有利于电网网稳定。定。v基于基于PWMPWM的的PECPEC也可用来也可用来进行行频率率调节。v现成的成的WRIGWRIG可以被用来改装成可以被用来改装成DFIGDFIG。5.优点与局限（点与局限（2）5.2 局限局限v系系统中同中同样需要需要齿轮箱，同箱，同时为转子提供能量的滑子提供能量的滑环和和电刷的机刷的机械械组合，合，这通常都是薄弱通常都是薄弱环节，需要，需要认真真维护。v这些大功率的滑些大功率的滑环和和电刷，容易被刷，容易被转轴中的中的杂散散电流流损伤。除此

19、。除此之外，之外，杂散散电流流还会在会在发电机机转轴上激起上激起电弧，弧，这将引起点将引起点蚀，这部分更部分更换比比较麻麻烦。v定子定子侧的的电压暂变引起磁通波引起磁通波动，导致致转矩脉矩脉动，如果很大将引，如果很大将引起起转动系系统的机械的机械应力。而且，力。而且，转矩波矩波动会通会通过PECPEC的直流的直流环节引起功率波引起功率波动。v由于由于PECPEC对过电流很敏感，所以它很流很敏感，所以它很难抵御抵御电压暂降的降的扰动，若，若不不设定的比定的比额定定电压略高，略高，转子子电路中的高路中的高电压和大和大电流可能会流可能会使它使它损坏。坏。vPECPEC中的中的电能能损耗耗较大。大。四

20、、四、绕线式同步机的直式同步机的直驱机机组1.1.原理原理2.2.构成构成3.3.特点特点4.4.全功率全功率PECPEC的主要功能的主要功能5.5.优点与局限点与局限1.原理原理v直直驱风机中，大直径凸极机中，大直径凸极转子直接子直接连到到风机机转子上，以在同步速子上，以在同步速旋旋转。因。因为风速的速的变化，化，风机的机械机的机械转子子转速以及速以及发电机机端的机机端的电气气频率也是率也是变化的。化的。v因因为电气气频率与率与电网的网的频率不匹配，所以率不匹配，所以发电机需要与机需要与电网解耦。网解耦。因此，要求因此，要求WRSGWRSG的定子通的定子通过4 4象限工作的象限工作的PECP

21、EC与与电网网连接。接。vPECPEC经过AC-DC-ACAC-DC-AC的的变换，将，将电能按能按额定的定的电压和和频率送入率送入电网。网。2.线绕直直驱同步机的构成同步机的构成6MW6MW多多级WRSGWRSG直直驱机机组3.特点特点vWRSGWRSG是他励磁是他励磁发电机，由系机，由系统提供直流励磁；提供直流励磁；WRSGWRSG本身有很高的本身有很高的功率因数，因功率因数，因为它不从它不从电网中吸收任何的磁化网中吸收任何的磁化电动势；v全功率全功率变流；流；v通通过发电机机电流控制功率；流控制功率；v通通过桨距角距角设定定实现最大功率点追踪最大功率点追踪（MPPTMPPT），捕），捕获

22、最大能量，最大能量，在很大的速度范在很大的速度范围内运行内运行时提高提高发电机机电能能产量和可靠性；量和可靠性；v同步同步发电机不需要安装无功机不需要安装无功补偿系系统；如果如果电网的功率因数网的功率因数变低低了，不用任何了，不用任何电容器，容器，PECPEC将会自将会自动向向电网反网反馈无功以提高功率因无功以提高功率因数；数；v直直驱风机可以机可以进行功率梯度行功率梯度调节，以平抑，以平抑闪变和和电压波波动；v提供一定限度内的故障穿越能力，在系提供一定限度内的故障穿越能力，在系统发生故障生故障时仍能保持与仍能保持与电网网连接。接。4.4.全功率全功率PECPEC的主要功能的主要功能v风机机转

23、子子侧的能量的能量缓冲功能，用于冲功能，用于缓冲由冲由阵风所引起的波所引起的波动，并，并控制从控制从风机机转子子侧传来的干来的干扰；v防止防止电网网侧传来的干来的干扰到达到达WRSGWRSG；v控制控制发电机励磁系机励磁系统，并避免常，并避免常规同步机与同步机与电网网频率保持同步残率保持同步残留的一些留的一些问题；v通通过使用使用PECPEC，可以完全控制无功功率，可以完全控制无功功率。5.优点与局限（点与局限（1）5.1 5.1 优点：点：v结构构简单，取消了，取消了齿轮箱和高速箱和高速轴，不需要油冷和相，不需要油冷和相应的的监测系系统，降低了故障率，减少了，降低了故障率，减少了维护；v可以

24、不需要机械制可以不需要机械制动，纯粹由叶片大角度粹由叶片大角度时的空气阻力提供制的空气阻力提供制动；v有很大的气隙因而有有很大的气隙因而有较高的高的过载能力；能力；v全功率全功率PECPEC对于于电网中的网中的电压暂降有更好的控制和穿越能力；降有更好的控制和穿越能力；vWRSGWRSG能运行在感性和容性两种模式下，能运行在感性和容性两种模式下，这对于大型于大型风机和脆弱机和脆弱电网而言是有利的。网而言是有利的。PECPEC能使得能使得电压和和频率得到更灵活的控制，从而率得到更灵活的控制，从而使有功和无功能在正常的和使有功和无功能在正常的和较小的干小的干扰中得到完全的控制；中得到完全的控制；v大

25、范大范围变速使速使风机能运行在最佳功率系数机能运行在最佳功率系数“Cp”下，因此在下，因此在给定定的的风速条件下会有一个速条件下会有一个较高的高的总体体风机机发电效率。效率。5.优点与局限（点与局限（2）5.2 5.2 局限：局限：v WRSGWRSG不及鼠不及鼠笼电机耐用，机耐用，电机外径机外径过大，大，电气气结构更复构更复杂，价格，价格也更也更贵；v PECPEC中的中的IGBTIGBT开关开关对过热，过电流和流和过电压非常敏感。在非常敏感。在这些情些情况下，况下，PECPEC可能可能闭锁，即停止开关操作。从而可能，即停止开关操作。从而可能导致致风机从机从电网网切出；切出；v由于定子由于定

26、子电路中路中PECPEC的存在，的存在，该类型的型的发电机机对于系于系统惯性无任何性无任何帮助，帮助，这点不如点不如WRIGWRIG机机组；v另外一个重要另外一个重要问题是在是在PECPEC中会中会产生生谐波。通波。通过使用使用IGBTIGBT的的PWMPWM电路，路，这也能减小到可以接受的水平。也能减小到可以接受的水平。五、五、绕线式同步机式同步机齿轮驱动机机组1.1.原理原理2.2.构成构成3.3.特点特点1.原理原理v为了克服直了克服直驱机机组发电机外径机外径过大、大、电机机结构复构复杂的缺点的缺点,恢复使恢复使用用齿轮箱；箱；v采用采用4极同步机，极同步机，齿轮箱尺寸相箱尺寸相应减小；

27、减小；v利用常利用常规的的绕线同步机，尺寸大同步机，尺寸大为减小，减小，转速大速大为提高。比如采提高。比如采用用4极同步机，极同步机，转数数为1440rpm;v电机机输出与出与电网解耦，采用全功率网解耦，采用全功率变频与与电网相网相连；2.机机组构成构成KENERSYS 2/2.5MW KENERSYS 2/2.5MW 高高变速速风机机 常规4极WRSG 全功率PEC 高速轴盘式刹车 行星齿轮箱 3.特点特点v齿轮箱和箱和电机和机和谐发展，展，使系使系统变得得简洁紧凑；凑；v仍然采用全功率仍然采用全功率PEC，齿轮 箱和箱和PEC均需冷却，比如均需冷却，比如 水冷；水冷；v变桨与与PEC协同同

28、动作；作；vGamesaGamesa的的“Made”2MWMade”2MW风机机 在其在其PECPEC中采用了新型中采用了新型IGCTIGCT （代替（代替IGBTIGBT）；）；v是是桨距距调节系系统（变桨马 达）安装在达）安装在轮毂外部外部 。桨矩角与矩角与风机机转速特性速特性六、六、永磁直永磁直驱同步同步发电机机组1.1.原理原理2.2.机机组构成构成3.3.永磁同步机的分永磁同步机的分类4.4.机机组特点特点5.5.齿槽效槽效应6.6.优点与局限点与局限1.原理原理v采用同步采用同步发电机，利用多机，利用多级实现低低转速，速，与与缓慢的慢的风机叶片机叶片转速速一致一致 ；v采用采用钕铁

29、硼永磁体，甩掉了励磁，省去了硼永磁体，甩掉了励磁，省去了铜绕组，提高了效率；，提高了效率；v永磁体永磁体对温度敏感，温度敏感，这里使用了里使用了细致的冷却方案；致的冷却方案；v发电侧电力力电子矢量控制子矢量控制电路保路保证了定子了定子侧有功与无功的解耦。有功与无功的解耦。发电侧逆逆变器控制器控制转速，速，进而控制而控制发电功率。功率。让风机机转子的气子的气动力效率（力效率（CpCp）得到）得到优化，化，实现捕捕获风能的能的最大功率点跟踪最大功率点跟踪；v电网网侧逆逆变器控制入网器控制入网电流，流，维持直流持直流输入点的入点的电压恒定，保持恒定，保持发电机和机和电网之网之间潮流一致性，有效控制潮

30、流一致性，有效控制输入入电网的有功和无功网的有功和无功功率。功率。v电网网侧有有专门的的滤波器减少波器减少频率控制器率控制器产生的生的谐波，以改善波，以改善电能能质量。量。永磁直永磁直驱外外转子子风电机机组永磁直永磁直驱机机组结构示意构示意永磁同步机定子（永磁同步机定子（发电部件）部件）2.2.永磁直永磁直驱机机组的构成的构成3.8MW永磁同步永磁同步发电机的机的结构构3.3.永磁同步机的分永磁同步机的分类3.1 3.1 径向磁通永磁径向磁通永磁发电机机 分内分内转子和外子和外转子两种。子两种。3.2 3.2 轴向磁通永磁向磁通永磁发电机机 分分单边定子和双定子和双边定子定子 两种。两种。轴向

31、磁通，单边定子3.1 3.1 径向磁通永磁径向磁通永磁发电机机3.2 3.2 轴向磁通永磁向磁通永磁发电机机 (i)磁通路径 (ii)永磁体附在转子两边表面 (iii)永磁体嵌入转子双双边定子定子优点：点：电机机齿槽力矩、振槽力矩、振动、噪音都很小，、噪音都很小，轴距也短。距也短。4.机机组特点特点v省略了集省略了集电环和和电刷；刷；v永磁永磁发电机正常情况下不需要安装阻尼机正常情况下不需要安装阻尼绕组；v永磁体能在气隙中永磁体能在气隙中产生很生很强的磁通密度，允的磁通密度，允许气隙稍大；气隙稍大；v永磁体永磁体为大范大范围可可变速的速的风机提供了高的功率因数；机提供了高的功率因数；v叶片叶片

32、桨矩矩调节采用了皮采用了皮带轮传动，省去了，省去了润滑和密封；滑和密封；v永磁体永磁体电机机轴距短，距短，结构构紧凑；凑；v永磁体的永磁体的磁感磁感强度不可度不可调节，当加入，当加入负载时输出出电压会降低，所会降低，所以往往需要一个以往往需要一个电压控制器；控制器；v风机的最大机的最大优点在于功率点在于功率输出是正弦波；出是正弦波；vPMSGPMSG在运在运营速度范速度范围内效率都很高，即使在没内效率都很高，即使在没满发时功率波功率波动和和转子噪音都很小；子噪音都很小；v齿槽效槽效应是永磁体同步机的固有特性，是永磁体同步机的固有特性，设计时应给予注意。予注意。5.齿槽效槽效应v定定义：齿槽效应

33、是由发电机转子位置不同引起磁场在空间内的疏密变化导致的力矩震荡。当永磁体切割定子磁场时会产生一个力矩，磁导的波动产生的力矩就叫做齿槽效应。v危害：危害：齿槽会导致整台风机 的振动，增加传动系统中的 应力，甚至在某些转速下提 高了塔架和叶片发生谐振的 概率。6.6.优点与局限点与局限6.1 6.1 优点：点：v能重比高。高能量密度能重比高。高能量密度带来的是体来的是体积小重量小重量轻；v没了没了转子子铜损，温度等，温度等级降低了，削减了冷却装置，免除了集降低了，削减了冷却装置，免除了集电环，特，特别是省去了是省去了齿轮箱，箱，发电机机设计得更得更紧凑，凑，降低了成本，降低了成本，减少了减少了维护

34、；v永磁体免除了占一半永磁体免除了占一半风机能量机能量损耗耗20%20%到到30%30%的励磁的励磁损耗，使得未耗，使得未满发状状态的能效比感的能效比感应电机和机和WRSGWRSG都高；都高；v稀土永磁体能稀土永磁体能够在极小的体在极小的体积内内产生很生很强的磁通，的磁通，这使多磁极使多磁极设计变得可行，更适于直得可行，更适于直驱风机的低机的低转速；速；v外外转子子设计，给出了最大的气隙直径和磁体的冷却空出了最大的气隙直径和磁体的冷却空间，使扭矩，使扭矩更更强。6.2 局限：局限：v直直驱风机机电机外径太大，增加了机械机外径太大，增加了机械设计的的难度；度；v退磁退磁问题尚未尚未经时间检验；v

35、永磁体同步机的永磁体同步机的齿槽力矩会槽力矩会导致整台致整台风机的振机的振动，设计时应予充予充分地考分地考虑。七、七、半半齿轮驱动永磁机永磁机组1.1.原理原理2.2.机机组构成构成3.3.机机组特点特点4.4.优点与局限点与局限 1.原理原理v永磁永磁发电机和中机和中间齿轮是集成在一起的，省去了常是集成在一起的，省去了常规齿轮驱动风机的高速机的高速轴。电机机转速是速是150-200rpm150-200rpm；v叶片旋叶片旋转带动单级行星行星齿轮。传动装置中速装置中速轴驱动着永磁着永磁发电机，机，可以吸收有害力矩，保可以吸收有害力矩，保护变速箱；速箱；v永磁体直接装在永磁体直接装在转子上，子上

36、，充当一部分充当一部分频率控制的角率控制的角 色。定子色。定子输出端与出端与PECPEC相相 连，把，把发电机机产生的能量生的能量 传上上电网。网。2.机机组构成构成3.机机组特点特点v半半齿轮传动永磁机永磁机结合了合了齿轮驱动和直和直驱风机的机的优点，点，为适适应各各种种转速、避免极高和极低速、避免极高和极低转速提供了速提供了优化方案。化方案。v避免复避免复杂的多的多级变速箱，减小了速箱，减小了电机体机体积，降低机，降低机顶质量使量使风机机更高效，机更高效，机舱更更紧凑。凑。v特特别适用于高适用于高单机容量的机容量的风机。机。4.4.优点与局限点与局限4.1 4.1 优点：点：v简化了化了齿

37、轮箱，箱，缩小了小了电机尺寸，机尺寸，齿轮箱与箱与电机集成在一起，机集成在一起，结构构紧凑；凑；v避免了感避免了感应机机转速速过快的短快的短处，降低了故障，降低了故障时的的应力；力；4.2 4.2 局限：局限：v必然又引入了必然又引入了齿轮箱，增加了机械箱，增加了机械维护的工作量。的工作量。几种机型的比几种机型的比较参数参数风机机风机机齿轮驱动式式直接直接驱动式式半半齿轮驱动风机机风机制造商机制造商Suzlon,Vestas,GSuzlon,Vestas,GE,SiemensE,Siemens等等Enercon,MitsubiEnercon,Mitsubishi,Harakosan,Lshi,

38、Harakosan,LeitwindeitwindWinWinD,Multibrid,ClipperWinWinD,Multibrid,Clipperwindwind发电机机转速范速范围100010001500RPM1500RPM151535RPM35RPM100 100 150RPM150RPM电网兼容性网兼容性最差最差最好最好很好很好噪音噪音较多多最少最少较少少维护较多旋多旋转部件容部件容易受到磨易受到磨损最少最少较少少顶部部质量量(THM)(THM)比无比无齿轮轻较多重量多重量较少重量少重量发电机机类型型感感应发电机机同步同步发电机机同步同步发电机机事故事故变速箱多事故速箱多事故发生生较少事故少事故也也许较少，因少，因为一一项新的新的发明，明，时间将会将会证明明成本成本相相对较少少较多多较多多电路复路复杂程度程度最最简易易最复最复杂较复复杂 恭恭 祝祝 各各 位位 奋战在在风电领域域前程无限前程无限