风力发电用永磁发电机的开发研究
来源： 作者： 发布时间：2015-09-22 08:21:58 浏览量：图3 三相突发短路时的反磁场
藉磁场分析求出瞬间短路时反向磁场的大小，是选定磁体的重要特性。
3.2 PMG的特性计算
藉助FEM（有限元法）磁场分析进行了空载感应电压、三相短路电流、电感器生产厂家电感等PMG的特性计算。负载特性由式（1）～式（4）等值电路方程式求得。
(1)
（2）
（3）
式中： V—发电机电压；I—发电机电流；Vd、Vq—d轴、q轴电压；
id、iq—d轴、q轴电流；Ld、Lq—d轴、q轴电感；R—电枢阻抗； —角速度 —极数；T-转矩； —电枢交链磁通；
图4所示为空载感应电压的波形，为畸变小的正弦波，图5为三相突发短路时的电流波形。
线圈电感器
图4 空载感应电压波形
藉FEM磁场分析求得的基本特性---空载感应电压波形，为畸变小的正弦波。
图5 三相突发短路电流波形
藉FEM磁场分析求得的基本特性---三相突然短路电流。
3工字电感器.3 PMG的温度计算
（1）温度计算方法
风力发电用PMG设置在塔杆上，冷却风扇安装于机座表面，PMG的冷却是利用外部空气进行外壳表面的冷却，以及从气道向PMG内部进行强制通风、藉转子旋转导致内部空气的搅拌而进行的电感厂家冷却。
因为结构比较简单，通风温度的计算是利用由通风及热回路网的节点法算定各部分的温度。为了提高计算的精度，要使这一等值热回路网更接近实际的情况，这一点很重要。例如制造过程中设想出现：风扇与机座间、机座与定子铁芯间、线圈与铁芯之间等微小的间隙，应作为回路上的热阻抗来考虑。
图6 所示为PMG仅在轴向上的温度分布计算结果及温度实验结果。沿外壳表面冷却风的方向，PMG内部的温度变化（斜度）呈上升趋势，显示出与计算值同样的倾向。而且，关于各部分的温升值，其计算值均高于试验值，这是因为热回路的热阻抗使用了想象制造误差的阻抗值，而在实机中比想象的阻抗值小。
图6 PMG定子线圈的温度分布
PMG轴向温度分布显示计算值与实测值有相同的倾向，温度的差异是由于假定值与实际值不同所致。
（2）外表面冷却风速的影响
已确认PMG的冷却取决于外壳表面的风速，因而影响到PMG的温度。然后进行了降低PMG功率的试验，改变冷却风速贴片电感器下对比了计算值与实测值。如图7所示，计算值与实测值显示出共同的倾向，随着风速的改变，无论计算值或实测值均显示了相同的倾向，这点也已经确认。
图7 风速与线圈温升的关系
（3）短路事故时的温度
与转子上带励磁线圈的发电机不同，采用永磁体的PMG在转速限度内的感应电压不能为零，从而短路事故时在风轮停止旋转之前，短路电流一直存在。但是，本PMG为大型电机且为低速电机，因热时间常数非常大，各部的温度达到饱和的时间约10h，比较长；另一方面，从风轮停止指令开始到实际停止仅数10s，故不存在发热的问题。
3.4 齿槽效应（cogging）转柜
一般在具有永磁体的永磁电动机中，齿槽效应转矩是重要的设计因素。这一齿槽效应转矩，例如在产业用伺服电动机中会影响到定位控制的精度。电梯驱动电动机中则会影响到乘客的心情。而在风力发电机中，因低速时的齿槽转矩产生的振动和噪音，从环境角度看，对当地的居民也会产生一定的影响。
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