小型交流永磁风力发电机设计特点

 

1　引　言

　　人们曾使用过直流发电机、电磁式交流发电机、爪极式发电机、磁阻式发电机以及感应子
式发电机等用于小型风能发电装置。随着永磁材料的技术发展，永磁材料磁能积大大提高，
目前主要使用永磁发电机。该类电机不论从电气性能上，还是在安全可靠性上讲，都优于前
几类发电机。由于该类发电机的应用场所与一般发电机不同，其技术要求有其特殊性，在性
能上又必须与风力机有良好的匹配，因此，就该类发电机中的几个问题进行一些分析、探讨。

　　

2　技术要求

　　图

1 为小型风能发电装置的原理图，风驱动风轮旋转，将风能转为机械能，风轮带动

发电机旋转，将机械能转化为电能，整流后输出。该类发电机的设计，首先要选择发电机的
型式和整流线路；确定计算的整流功率，额定功率、电压、转速等。对它的主要技术要求为：

　　（

1）额定输出功率 PN（W）；（2）额定输出电压（直流）UN（V）；（3）额定转

速

NN（r／min）;（4）发电机效率 η（）;（5）起动阻转矩 TN（N.m）；（6）在 65 额定

转速下，发电机的空载电压应不低于额定电压；（

7）在 150 额定转速下，发电机在额定电

压下应能过载运行

2min；（8）发电机在空载情况下，应能承受 2 倍额定转速，历时

2min，转子结构应不发生损坏及有害变形；（9）发电机应能防雨雪，防沙及防雷。

　　除此之外，还应符合一般电机的绝缘、耐压、机械强度等技术要求。

　　技术要求中（

5）、（6）、（7）、（8）是风力发电机的特殊要求，下面将分别进行分析。

　　

3　电磁负荷的选择

　　近代电机制造的实践和电机长期运行的经验大致给出了设计电机的线负荷

As 和磁负荷

Bδ 的范围。当 As 和 Bδ 的乘积相同时，则 As 和 Bδ 之间的比值决定着发电机的不同参数，
力能指标和质量。当

Bδ 大而 As 小时发电机为富铁型，而当 As 大而 Bδ 小时发电机为富铜

型。

　　电机电负荷的大小以电机绕组的电流密度

j（A／mm2）及线负荷 As（A/cm）来衡量，

电负荷越大，铜损越大。对于小功率的风力发电机，一般为低压大电流。特别是

1kW 以下发

电机大多采用

24、36V 或 48V（整流后的直流），这种电机的额定电流较大。对于 1 至

10kW 的小功率发电机，也不能取过高的额定输出电压。因为该类发电机主要采用蓄电池储
能，电压高，必须用更多的蓄电池，提高了整机的成本，一般客户难以接受。总之，小功率