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直驱永磁式风力发电机的探究

摘要：20世纪末期直驱风力发电机横空出世，但是其机器受到电气技术以及资

金费用等的影响，导致其发展速度过于滞缓。近些年来，科学技术发展水平开始

不断的提升，各类高新技术的应用范围开始不断的拓展，将其技术投入到该类设

备研发以及应用中，使得其设备的优势更好的展现出来。现阶段，德国等一些发

达国家的直驱风力发电机的技术始终处于前沿的位置。本文主要就直驱永磁式风

力发电机进行探究，分析其设备的结构以及工作原理，依据该设备的运行特征，

正确的区分开直驱式与双馈异步发电机，明确其设备的不足之处，及时的改进。

关键词：直驱永磁式；风力发电机；工作原理；特征

现阶段，世界上约有5家风电设备制造厂商的研究重心放置到了永磁发电机技术的研发以及

推广层面。直驱永磁式风力发电机的操作方式比较简单，会借助同等转速的永磁发电机和全

功率变流器代替原本的双馈式异步发电机。调整风力机以及机舱的布局状态，发挥出永磁技

术的使用优势。需要深度的探究这类设备的特性，尽可能的延长其设备的使用年限，在应用

其设备时期需要注重温度以及冷却等的问题，让发电机的效率变得更高，改变传统的持续输

入能量的运行模式，降低同步电感。

一．直驱永磁式风力发电机概述

直驱永磁式风力发电机和传统的发电机进行比较，该类设备的使用优势会更强，其设备

能够完全摒弃沉重的增速齿轮箱形式，让发电机轴可以和叶轮轴直接的接触并连接在一起，

构成一体，进而调整转子随风速的数值，改变交流电的频率。其在地面功率较高的电力电子

变换器作用下，会让其频率不稳定的交流电转变成为直流电，之后在进行逆变，让其和电网

保持一种同步的交流电输出状态。当前，世界上使用较为先进的直驱永磁式风力发电机一般

都是应用低速多极永磁发电机，同时借助全功率变频器，把其风电置入到电网内。齿轮箱在

其系统内损坏频率较高的一类部件，其受载数值过高，导致其部件的维修养护费用较大，所

以，并不适宜对其进行继续保养。所以，没有齿轮箱这类的直驱风力发电机哪怕处于低风速

的情况下，仍旧可以维持一种高效率的发电状态，并且其设备运行所产生的噪音量会比较小，

设备的使用年限也会比较长，整体设备的运行维修成本较少，具有低廉的优势[1]。

二．直驱永磁式风力发电机结构以及工作原理分析

结构分析2.1

该类型设备主要是利用增设磁极对数的形式，让电机的额定转速不断的递减，这样可以

降低增速齿轮箱部件的应用数量，其设备的使用性能会比较高，并且其设备的安全可靠性也

会比较高，会明显的超过双馈风力发电机。风轮直接驱动该设备，在发电机发电机输出由可

控硅整流之后，逆变器做功，让其能量可以及时的传递到电网或者进入到蓄电池内[2]。其设

备系统内包含叶片、机舱、变流器等多个部件，对其部件的位置进行分析，交流器以及风机

总控系统一般会安装在塔筒的底部位置，其余的设备部件全部安装在塔的顶部位置。风电机

把得到的空气动能转变为机械能，完成发电系统能量传输以及转换的任务。之后在经由直驱

永磁式风力发电机把其机械能转变成为不控电能，这类电能的频率以及电压并不会受到风速

的影响二产生变化。变流器继续做功，将这部分不控电能进一步的转变成为可控电能置入到

电网内，达到控制发电并网的目的[3]。

工作原理2.2

直驱永磁式风力发电机主要就是让多极发电机和风轮直接连接完成驱动的一类做功方式，

依靠风力来驱动风力机叶片，使其不停的旋转，这样能够带动直驱永磁发电机的转子继续旋

转，以此来达到发电的目的。其设备系统会和笼型变速恒频风力发电系统工作原理相似，二

者主要的差别就是其设备应用的发电机是永磁式发电机，转子自身为永磁式结构，所以其并

不需要单独在设立励磁电源，这样能够进一步的降低功率的损耗。结合其定子回路进行变频

恒速的控制，让直驱永磁式风力发电机变频的交流电可以在变频器的作用下更为及时的转变

为交流电，且其交流电的频率会和电网系统频率保持同步的状态，同时其还能在较短的时间

内完成风力发电并网的任务，其在工作时期需要注重管控变频器的容量，其容量应当和系统

额定容量保持一致。

三．直驱永磁式风力发电机特征分析

首先，这类设备的发电效率会比较高，这是因为其内部没有齿轮箱，这样能够极大程度

的降低其设备在发电时期所产生的传动损耗数值，让其发电效率变得更快，尤其是处于低风

速的状况下，其设备的运行效果会更加的明显。其次，这类设备的可靠性会比较强，齿轮箱

是总体发电系统内部故障频率较高的一类部件，所以其设备的使用能够进一步的简化其系统