磁性槽楔对大型永磁风力发电机性能的影响

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1、万方数据2008年5月第9卷第5期电力设备ElectricalEquipmentMay．2008V01．9No．5磁性槽楔对大型永磁风力发电机性能的影响何山1，王维庆1，张新燕1，黄嵩1，朱)li江2，李建明3(1．新疆大学，新疆乌鲁木齐市830008；2．新疆金风科技股份有限公司，新疆乌鲁木齐市830026；3．新疆美克化工有限责任公司，新疆库尔勒市841001)摘要：介绍了磁性槽楔的种类和特点，以及磁性槽楔在电机节能方面的原理和实际作用。通过建立金风62型(1．2MW)永磁直驱同步风力发电机的电磁场模型，使用导磁性能

2、不同的槽楔进行实际计算和测试，结果表明：发电机使用导磁性能较好的磁楔(相对磁导率为3一lO)后，不论不带负荷还是带负荷，电机的气隙磁密分布都会较不使用磁楔变得更加均匀，磁密脉动和铁耗减小，气隙系数减小，电机的温升降低，效率得到提高。但同时应考虑到今后应尽可能地增大槽楔的电阻率，以减少槽楔自身的损耗，为永磁风力发电机效率的提高和优化设计提供计算依据。关键词：磁性槽楔；永磁直驱；气隙磁密；效率；风力发电中图分类号：1M315电机节能是人们关注的重点。电机的效率即使提高1％也能产生巨大的社会经济效益。永磁发电机作为清洁能源的源

3、头，其能量转化效率的提高是一个重要问题。随着风力发电事业的不断推进，风电占总能源的比重不断上升，磁性槽楔(磁楔)的应用和性能优化是提高永磁直驱发电机效率的很好措施。1磁性槽楔的分类、特点和现状木2磁性槽楔对永磁发电机性能的影响金风62型永磁同步发电机采用外转子结构，永磁体(磁钢)贴在转子轭上，由风机带动旋转，定子绕组位于内部(局部建模见图I)，采用磁楔的参数为：PN=1．2MW，定子576槽，UN=690V，nN=20r／rain，转子铁心外径D。=4600lain、铁心内径Di；4486mill。，竺竺登罂亨2．0kA

4、／m鬯竺力!髦璺!塑翌警量竺蓑耗。它是由气隙中的谐波磁场引起的。产生这些谐三’芝!警墨兰j2～0MP。ao一皂空磁篓皇曼三鬯兰兰!譬≤基易磊最高暑去磊：蚤族忑弄葙；聂置晶嘉；不均查差要：圭苎耋銎!篓苎竺曼，竺登笔毫，，警詈圣写，菩藉薮趸羞≤薪。禹；I三磊茹襄毒通蒿羞≥．子。、转竺』譬翌璧篓妻苎!至霁起层；层压磁楔力学性能；簇忑罩享墓磊荔墨苫。手芸磊磊丢‘i三嘉磊：毒；较高，但磁性能却不理想pJ。⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯～一⋯一一·基金项目：国家自然科学基金项目(50767003)；新疆大学校院联合项目资助。万方数据54电力设备

5、第9卷第5期在空间的分布波形近似为一平顶波，根据傅立叶变换可知：空载励磁磁势在空间分布曲线中有较大的谐波存在。当谐波磁场相对于定子磁极表面运动时，就会在极面感生涡流，产生涡流损耗；当谐波磁场相对于定子齿运动时，就会在齿中产生涡流及磁滞损耗，即脉振损耗。表面损耗和脉振损耗是空载铁损耗中的主要部分，占附加损耗的70％～90％。2．2磁楔对发电机附加损耗的影响采用磁楔可减少表面损耗和脉振损耗。发电机定子的表面铁耗P蜘由式(1)表示L5J。，7n、1．5Psl=o．5KlI蔫l(卢lK8B^×103)2(1)、■u，式中，K。为

6、铁心表面的加工系数；z1为定子齿数；r／,为电机转速；反为与6。俗比值相关的系数，b。为槽口宽度，艿为气隙长度；K为气隙系数；B。为气隙平均磁通密度；t．为定子齿距。楔入磁楔后K减小(见式2)，表面损耗减小；磁楔封闭槽口相当于b。减小，从而引起届减小，也可降低表面损耗；磁楔的导磁作用使气隙磁场均匀，定子齿表面的磁密脉动减小№J，这也能减少表面损耗。电机运行时，脉振损耗和定子齿内磁通密度脉动的幅值成正比关系。楔人磁楔后，由于磁楔的导磁作用，一部分磁通将通过磁楔到达定子，使定子齿中的磁通密度分布趋于均匀，不出现明显的脉振变化

7、，从而使脉动幅值大幅下降，进而减小电机的脉振损耗。2．2．1空载气隙磁密目前，金风62型发电机采用相对磁导率p，=3．0的磁楔，采用磁楔空载时的气隙磁密在一个磁极下(以图1中间磁钢覆盖区域为例，以下同)的分布如图2所示。与使用常规绝缘槽楔(p。=1)形成的空载气隙磁密(如图3所示)相比较可以看出：气隙磁密的幅值由1．957T变为1．837T，磁密的最小值由1．11T变为1．303T。采用磁楔的气隙磁密的脉振幅值显著减少，因而电机表面损耗减小。另外，由于有一部分磁通通过磁楔，所以齿中磁密降低，脉振损耗也会降低。O．7690

8、．5910．4130．235^

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12、00．03O．060．090．120．148长／lt／m图2“=3磁楔空载时的气隙磁密＼^ft．V-＼fI‘1．JV^／／’l00．030．060．090．120．154长度，m图3以=1非磁性楔空载时的气隙磁密2．2．2负荷气隙磁密发电