4 定 子
4.1 定子齿槽
基于该类发电机的电负荷较高,铜损大,在设计发电机时,在保证足够的机械强度及磁通密度允许的情况下,应尽量减少齿宽和轭厚,以扩大槽面积,增大定子绕组导线面积,降低铜耗,提高发电机的效率。这一点不是每个厂家都考虑到的。往往由于定子绕组导线较细,在发电机初始运行时可以达到设计要求。发电机运行2至3小时后,温升急骤上升,输出功率也迅速下降,从而使额定输出功率达不到要求。
4.2 定子绕组
小功率风力发电机的技术要求(5)中引入了发电机起动阻转矩的概念,这是因为小型风能发电装置一般转速在几十至几百转,为了减少环节,降低成本和提高可靠性,该装置的风轮直接耦合在发电机轴上。这就要求尽量减小由发电机齿槽效应产生的阻转矩,使得风轮在风速较低时(2至3m/s),能够迅速起动,尽快发电。为此,国标GB10760.1-89提出了要求,见下表。
功率(W)501002003005001000最大起动阻转矩(Nm)0.200.300.350.501.201.50
从电机的理论上讲,采用定子斜槽,转子斜极及定子分数槽绕组都可以降低齿槽效应引起的阻转矩,满足技术要求。但是实践证明分数槽绕组是降低阻转矩的最有效办法。
采用定子斜槽,工艺上比较容易实现,但效果不明显,而且如果斜槽距离太大,发电机的电气性能会受影响;采用转子斜极,将转子磁钢、磁极扭到合理的尺寸,工艺上难度较大,而效果也不明显;因此,大多采用分数槽绕组。
分数槽绕组
每极每相槽数q=Zs/2mp=a c/d
每极槽数 Q=Zs/2p=A C/D
式中Zs为定子槽数;m不绕组相数;p为发电机极对数;A、a为整数;c/d、C/D为不可约分的分数。
理论和实践证明,D越大,发电机的起动阻转矩越小[5]。此外,随着q值的增加,负序阻抗减小,漏抗降低,这是我们希望的。但是同时,过份增大q值,发电机抑制高次谐波的能力降低,又是该避免的。因此,只要满足国标规定的阻转矩大小要求,不是q值越大越好。
我们计算和实际测试了几种发电机的转矩,从中可以判定齿极配合的情况,见图3。
5 转 子
小型风能发电装置的风轮转速每分钟为几十至几百转,其发电机转子直接耦合在风轮上。风轮转速决定了发电机为多极低速发电机;转子一般采用铁氧体和钕铁硼磁钢,切向结构;转子结构必须牢固,能经受风速急骤变化的冲击,而不发生破坏、损伤和变形。这正如技术要求(7)、(8)中明确指出的。转子的问题将专文讨论。
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