论文：MW半直驱永磁同步风力发电机研制.docVIP

1.65 MW半直驱永磁同步风力发电机研制 李松田 东方电气集团东方电机有限公司，四川　德阳618000 摘 要 本文介绍了半直驱永磁同步风力发电系统的发展趋势和基本特点，并重点介绍了东方电机1.65 MW半直驱永磁三相同步风力发电机主要技术参数和具体结构特点。 关键词 风力发电；半直驱；双馈；永磁同步发电机 1 引 言 由于风力发电在可再生能源领域中技术相对比较成熟、开发成本更低，并且可以大大减少二氧化碳排放量，在全世界得到了迅猛发展。目前主要的风力发电技术包括：异步风力发电技术、电励磁同步风力发电技术、永磁同步风力发电技术等等。大中型永磁同步风力发电机磁极普遍采用高磁性能烧结钕铁硼永磁材料，其具有剩磁Br高，矫顽力HCB大，磁能积BH大，退磁曲线近似于直线等优点。若设计、使用得当，可有效避免电机瞬间大电流、高温和交变退磁场等引起永磁体磁钢失磁。电励磁同步电机磁极上必须装设励磁绕组以提供电机励磁，并且电机需要增加相应的集电环和刷架等部件。但永磁同步电机结构就更为简单，利用永磁体磁钢作为电机磁极提供励磁，无需集电环和刷架，不但提高了电机气隙磁通密度和功率密度，而且还具有结构紧凑、体积小、重量轻、运行平稳、效率高、易安装、维护方便等特点。相对于异步风力发电技术，永磁同步风力发电技术具有对电网影响小，可靠性能高，传动损失小，发电机效率高，发电品质高，日常维修少等优势。 随着风机运行时间加长，齿轮箱高速传动部件机械故障问题日益突出，于是发明了不带齿轮箱而是将风机主轴与低速多极同步发电机转子直接相连的直驱式驱动方式。但是，多极低速发电机体积庞大、过于沉重，导致安装和维护都更加困难。为此，采用折中理念的半直驱式驱动方式在大型风机设计中逐渐得到应用和推广，而这种半直驱式驱动系统中发电机就普遍采用永磁同步发电机。正是基于此，东方电机和芬兰The Switch公司联合开发了1.65 MW半直驱永磁三相同步风力发电机，以适应风力发电市场日益增长的需求。 2 半直驱风力发电机组动力驱动系统方案 采用半直驱变速变桨风力发电机组的动力驱动系统一般方案为：低速（一级或两级）集成齿轮箱＋中速永磁同步发电机+全功率变频器，该方案集成了三级高速齿轮箱和直驱式驱动系统的优点，发电机额定转速一般在150~500 r/min左右，发电机的体积和重量可以控制在比较合理范围之内，该系统结构设计得更加紧凑合理，具有更高可靠性和更长的使用寿命，也避免了直驱式驱动方案和高速齿轮箱驱动方案的诸多缺陷。半直驱永磁同步风力发电系统结构如图1所示。 图1　半直驱永磁同步风力发电系统结构图 3 1.65 MW半直驱永磁同步风力发电机主要参数及结构特点 3.1发电机主要参数 型 号 PMR1350-1650 额定功率 1650 kW 额定电压 690 V 额定电流 1534 A 额定功率因数 0.9 相 数 3 额定频率 40 Hz 极 数 32 额定转速 150 r/min 转速范围 0~180 r/min 冷却方法 空－水冷却 绝缘等级 180(H) (温升按155(F)考核) 防护等级 IP54 中心高 1350 mm 工作制 S1 效 率 97 % 发电机总重量 18 t 3.2发电机总体结构 1.65 MW半直驱永磁同步风力发电机主要由定子、转子、空－水冷却器、端盖、轴承、定子主出线盒、辅助出线盒等组成。电机为卧式、全封闭脂润滑结构，在发电机两端采用端盖滚动轴承把转子支撑在两端端盖上。冷却器自带风机强迫通风，冷却器放置于电机机座顶部，以带走电机内部热量。采用水冷方式，电机结构更为简单、可靠，既能将电机做得更小、更轻，又比空冷电机更好地防沙尘和盐雾。发电机轴伸端有齿轮联轴器方便同齿轮箱联结，非轴伸端安装有制动盘，供电机紧急刹车制动用。发电机传动端安装接地碳刷，起到保护电机轴承的作用。发电机总体布置如图2所示。 图2　发电机总体布置图 3.3 定子 定子由机座、铁心和绕组等组成。机座采用耐低温钢板焊接成圆形结构，圆形机座外侧再把合盖板把机座围成密闭十二边形，以在定子机座外侧形成两个独立密闭风路。 定子铁心采用高导磁、低损耗、无时效优质硅钢片50W400冲制而成，整圆共12张扇形冲片，冲片与机座通过定位筋联结固定。定子铁心外径为1840 mm，内径1600 mm，总长763 mm，全长共有13个6 mm高的径向通风沟。定子铁心采用内装压结构，在定子铁心叠片完成后，装上定子铁心压板，再用一