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徽电机

４４卷

了对转式双转子电机可提供两个大小相等、方向相

反的电磁转矩，在推进系统中发挥很好的作用。文

献［４］对单定子双转子径向通量永磁电机进行了分

析，将两面开槽的定子置于两个转子中，转子上安

置径向磁化的永磁体，由定子绕组产生转矩带动电

机运转。虽然在文中使用的永磁体是廉价的铁氧体

磁铁，但是试验结果表明电机的效率仍能达到

８７％，比异步电机的效率８２．５％高出许多。文献

［５］利用解析法、电磁场的有限元分析法分别对双

转子永磁电机的电感参数、电动势进行了分析计算，

对具备该种结构的电机研究出一种独特的减小齿槽

转矩的方法，并研制出样机进行了试验，试验数据

显示双转子永磁电机具有转矩密度高、运行效率好

的特点。大量研究表明，双转子电机作为一种新型

特种电机，其优良的性能将会在应用在越来越多的

领域中∞ｑ

Ｊ。

２

双转子永磁同步风力发电机的提出

与研究

２．１双转子永磁同步风力发电机工作原理

根据能量守恒定理，空气动能即风能转化为发

电机转子机械能，转子的机械能再转换为电能。风

轮的实际功率应为：

Ｐ＝０．５ｐｖｖ３ＡＣＰ

（１）

其中，ｐ为空气质量密度，ｋｇ／ｍ３，秽为风速，ｍ／ｓ，

Ａ为风力机械叶轮扫掠的面积，ｍ２；Ｃ，为风能利用

系数。现有风力发电机普遍存在的问题：只有在额

定的风速范围内才能正常运转，工作风速的范围较

窄，风能利用系数较低，即使在正常工作时，其风

能利用系数也很低，一般在Ｏ．３左右，超过半数的

风能未能得到充分的捕捉和转化。

双转子永磁同步风力发电机外部有两套风叶，

其一前一后安装在电机的两侧，通过轴承分别与内、

外转子连接。图１为双转子永磁同步风力发电机的

结构示意图。

当电机转子旋转时，电枢“切割”气隙磁场，电

枢绕组中的产生的感应电动势大小为：

ｅ＝Ⅳ咖。ｎｐ（∞１一∞２）Ｃ０￥［ｎｐ（ｃｃ，ｌ一∞２）ｔ］

（２）

其中，咖。为主磁通幅值，ｎ。为极对数，∞。、∞：分

别为内、外转子的旋转机械角速度。在理想状态下，

设内、外转子的转速大小相等、方向相反，则∞，＝

一山２＝∞，于是有：

ｅ＝２ｎｐ脚。ｃｏｃｏｓ２ｎｐｏ）ｔ

（３）

１．内转子轴２风叶３．端盖４．轴承５．集电环矗外转子

７．机座８．内转子９．螺栓１ ０．外转子轴１１．碳刷１２．引出线

图１

双转子永磁同步风力发电机结构示意图

由式（３）可以看出，若采用双转子结构，即使

内、外转子的绝对转速很低，也可使永磁体与电枢

绕组之间的相对转速变大。在相同条件下，特别是

在风速较低的情况下，双转子永磁同步风力发电机

内部具有两倍于普通永磁同步风力发电机的相对转

速，发电能力提高了一倍，同时大大降低了发电机

的起动风速，加宽了风速的工作范围，提高了风能

利用率。

２．２研究成果

目前，我国对双转子永磁同步风力发电机的研

究还处于研究试验阶段，与之相关的参考文献相对

较少。其中文献［８］设计出一种新型逆向双转子风

力发电机，并制作出小型样机进行试验，运行情况

良好。文中将该新型风机与现有的水平轴风力发电

机进行了结构和性能上的比较，从中可以看出，新

型逆向双转子风力发电机在提高风能利用系数、加

宽发电机的工作风速范围方面收到了良好的成效。

同时文中还指出其不足之处：电机本身可控性差，

工作时不能直接并网，解决这一问题的关键关系着

其是否能够实际应用在风力发电领域，其应用前景

得到了一定的肯定。文献［９—１０］采用场路耦合时步

有限元的分析方法，建立了双转子永磁同步风力发

电机的场路耦合数学模型，对时间量进行离散化，

用迭代法处理了其非线性系统的数学模型，分析各

个不同运行情况下的磁场分布情况和相关的性能指

标。同时对双转子永磁同步风力发电机齿槽转矩的

解析表达式做出详细的推导，最后对样机试验，在

试验过程中，以两台直流电机模拟风速分别拖动内、

外转子旋转，对三相整流后的空载、负载试验和效

率试验，为双转子永磁同步风力发电机进一步研究

打下了坚实的基础。文献［１１］将双转子永磁同步电

机作为电动机的运行状态，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ下对

万方数据