論文：1.65 mw半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制

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1、1.65MW半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制李松田東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川　德陽618000摘要本文介紹了半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和基本特點(diǎn)，并重點(diǎn)介紹了東方電機(jī)1.65MW半直驅(qū)永磁三相同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)和具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。關(guān)鍵詞風(fēng)力發(fā)電；半直驅(qū)；雙饋；永磁同步發(fā)電機(jī)1引言由于風(fēng)力發(fā)電在可再生能源領(lǐng)域中技術(shù)相對比較成熟、開發(fā)成本更低，并且可以大大減少二氧化碳排放量，在全世界得到了迅猛發(fā)展。目前主要的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)包括：異步風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、電勵磁同步風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、永磁同步風(fēng)力發(fā)電技術(shù)等等。大中型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁極普遍采用高磁性能燒結(jié)釹鐵硼永磁材料，其具有剩磁B

2、r高，矯頑力HCB大，磁能積BH大，退磁曲線近似于直線等優(yōu)點(diǎn)。若設(shè)計、使用得當(dāng)，可有效避免電機(jī)瞬間大電流、高溫和交變退磁場等引起永磁體磁鋼失磁。電勵磁同步電機(jī)磁極上必須裝設(shè)勵磁繞組以提供電機(jī)勵磁，并且電機(jī)需要增加相應(yīng)的集電環(huán)和刷架等部件。但永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)就更為簡單，利用永磁體磁鋼作為電機(jī)磁極提供勵磁，無需集電環(huán)和刷架，不但提高了電機(jī)氣隙磁通密度和功率密度，而且還具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、運(yùn)行平穩(wěn)、效率高、易安裝、維護(hù)方便等特點(diǎn)。相對于異步風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，永磁同步風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具有對電網(wǎng)影響小，可靠性能高，傳動損失小，發(fā)電機(jī)效率高，發(fā)電品質(zhì)高，日常維修少等優(yōu)勢。隨著風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間加長

3、，齒輪箱高速傳動部件機(jī)械故障問題日益突出，于是發(fā)明了不帶齒輪箱而是將風(fēng)機(jī)主軸與低速多極同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接相連的直驅(qū)式驅(qū)動方式。但是，多極低速發(fā)電機(jī)體積龐大、過于沉重，導(dǎo)致安裝和維護(hù)都更加困難。為此，采用折中理念的半直驅(qū)式驅(qū)動方式在大型風(fēng)機(jī)設(shè)計中逐漸得到應(yīng)用和推廣，而這種半直驅(qū)式驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)就普遍采用永磁同步發(fā)電機(jī)。正是基于此，東方電機(jī)和芬蘭TheSwitch公司聯(lián)合開發(fā)了1.65MW半直驅(qū)永磁三相同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電市場日益增長的需求。2半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動力驅(qū)動系統(tǒng)方案采用半直驅(qū)變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動力驅(qū)動系統(tǒng)一般方案為：低速（一級或兩級）集成齒輪箱＋中速永磁同步

4、發(fā)電機(jī)+全功率變頻器，該方案集成了三級高速齒輪箱和直驅(qū)式驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速一般在150~500r/min左右，發(fā)電機(jī)的體積和重量可以控制在比較合理范圍之內(nèi)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計得更加緊湊合理，具有更高可靠性和更長的使用壽命，也避免了直驅(qū)式驅(qū)動方案和高速齒輪箱驅(qū)動方案的諸多缺陷。半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。8圖1　半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖31.65MW半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1發(fā)電機(jī)主要參數(shù)型號PMR1350-1650額定功率1650kW額定電壓690V額定電流1534A額定功率因數(shù)0.9相數(shù)3額定頻率40Hz極數(shù)32額定轉(zhuǎn)速150r

5、/min轉(zhuǎn)速范圍0~180r/min冷卻方法空－水冷卻絕緣等級180(H)(溫升按155(F)考核)防護(hù)等級IP54中心高1350mm工作制S1效率97%發(fā)電機(jī)總重量18t3.2發(fā)電機(jī)總體結(jié)構(gòu)1.65MW半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、空－水冷卻器、端蓋、軸承、定子主出線盒、輔助出線盒等組成。電機(jī)為臥式、全封閉脂潤滑結(jié)構(gòu)，在發(fā)電機(jī)兩端采用端蓋滾動軸承把轉(zhuǎn)子支撐在兩端端蓋上。冷卻器自帶風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)，冷卻器放置于電機(jī)機(jī)座頂部，以帶走電機(jī)內(nèi)部熱量。采用水冷方式，電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡單、可靠，既能將電機(jī)做得更小、更輕，又比空冷電機(jī)更好地防沙塵和鹽霧。發(fā)電機(jī)軸伸端有齒輪聯(lián)軸器方便同齒輪箱

6、聯(lián)結(jié)，非軸伸端安裝有制動盤，供電機(jī)緊急剎車制動用。發(fā)電機(jī)傳動端安裝接地碳刷，起到保護(hù)電機(jī)軸承的作用。發(fā)電機(jī)總體布置如圖2所示。8圖2　發(fā)電機(jī)總體布置圖3.3定子定子由機(jī)座、鐵心和繞組等組成。機(jī)座采用耐低溫鋼板焊接成圓形結(jié)構(gòu)，圓形機(jī)座外側(cè)再把合蓋板把機(jī)座圍成密閉十二邊形，以在定子機(jī)座外側(cè)形成兩個獨(dú)立密閉風(fēng)路。定子鐵心采用高導(dǎo)磁、低損耗、無時效優(yōu)質(zhì)硅鋼片50W400沖制而成，整圓共12張扇形沖片，沖片與機(jī)座通過定位筋聯(lián)結(jié)固定。定子鐵心外徑為1840mm，內(nèi)徑1600mm，總長763mm，全長共有13個6mm高的徑向通風(fēng)溝。定子鐵心采用內(nèi)裝壓結(jié)構(gòu)，在定子鐵心疊片完成后，裝上定子鐵心壓板，

7、再用一個帶錐度鎖緊環(huán)和數(shù)個錐形鎖緊螺栓共同作用壓緊鐵心壓板，達(dá)到將定子鐵心壓緊的作用。在機(jī)座上開有鎖緊螺栓螺孔，在擰緊帶錐度螺栓過程中鎖緊環(huán)就會逐漸將壓力傳向定子鐵心，這樣就可以方便的通過調(diào)整鎖緊螺栓擰緊長度來調(diào)節(jié)定子鐵心的壓緊程度。定子鐵心壓緊結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3　定子鐵心壓緊結(jié)構(gòu)定子繞組為成型雙層圈式線圈，線圈絕緣結(jié)構(gòu)充分考慮到變頻器高次諧波等影響，加強(qiáng)了線圈匝間及對地絕緣。定子線圈的并頭及引線連接均采用銀銅焊工藝，焊接性能良好。8定子槽楔采用磁性槽楔，在槽楔下設(shè)