大型直驱式风力发电机减轻重量的措施.pdfVIP

电工文摘／技术前沿 哈尔滨电机厂有限责任公司朱磊 捕要：当今世界风电设鲁的发晨方向是取消齿轮箱而采用直接驱动方式，但是却使直径增大和■量增加。为了藏轻重量。 可以采用多种途径。经过分析、对比和优化以后。认为采用磁性轴承和空心结构的柔性结构设计量好。通过有曩元法分析 和验证结果衰明，应用新设计方法可使转予重量几乎藏少一半。 关键调：风力发电机■量藏轻 传统上应用的风力发电机，通常采用齿轮箱来增加转 指标方面的要求。这种要求的实质，就是“物美价廉”。 速。由于它的噪声太大、零件损坏较多、维护检修频繁， 为了减轻重量，过去几年曾经探讨了多种途径，并分 近年来倾向于取消这种讨厌的齿轮箱，而采用直接驱动的 析了它们的可行性。 结构布置型式。然而新的问题又出现了，由于转速太低， 直径必须增大，结果是发电机重量增加了。特别是当机组 1减轻重量的方案 功率增大以后，结构尺寸和制造成本也随着增加。研究结 1．1取消定子铁心 果表明，当功率从1．5Mw增加到3Mw时，直驱式发电机 在所研究的方案中，采用无铁心式的定子结构，可以 的成本在整套风力发电机机组中的比例，从18．3％增加到 大幅度减少发电机的重量。此时改用带有辐条式的轮子来 22．8％。当发电机的功率增加到10Mw时，它的重量高达 支撑定子，而且定子和转子之间不再存在磁拉力。这种方 2Mw发电机的13倍。此时，单是结构材料(不包括铜线和 案的缺点是，虽然减轻了重量，但是，直径仍然很大，而 硅钢片等有效材料)的成本，就占整套机组成本的63％。 且它在空气动力学方面的效率很低。 这种情况无法适应当今世界市场经济关于产品“性价比” 1．2增大轴承直径 电工文摘／技术前沿 当发电机的功率和直径很大时，可以选择增大轴承直 风力机叶片扑捉的风力以外，其它所有的风力已经从塔架 径并将它设置在定子与转子之间的气隙附近的方案，可以 的导通孔流出；(5)偏心力——由于转子偏心，或再加 通过简化转子的结构来减轻机组的重量。但是由于这种较 上永磁体磁力的作用，便在某一个方向上形成一个合力； 大直径的轴承本身的刚度，必须得到保证。因此会使它的 (6)热应力——这是由于温升引起的，会使定子和转子 重量以及价格增加。 产生很大的变形，但是由于定子的直径和热膨胀要比转子 1．3轨道式旋转轮 大，就不会出现间隙的闭合。 有一种取代在气隙附近装设大型轴承的方案，即采用 2．2发电机的重量 由轨道支撑的旋转滑轮，来减轻发电机的重量。但是，就 为了提高能量转换效率，直驱式风力发电机定子与 像滚柱轴承那样，由于采用很多的小滑轮并以高转速在气 转子之间的气隙必须很小，通常选择它为发电机直径的 隙中的圆形轨道上旋转，可能会损坏。因为处在几十米的 1／1000。这就要求它的结构设计必须保证具有足够的刚 高空，它的维修非常困难。而与此相似的火车轨道上的车 度，以便承受上面所述的各种作用力，而不是以极限载荷 轮，却是在地面上，定期地检修、维护，十分方便。 来设计。 1．4轻型结构材料 通常，结构部件的变形，主要取决于它的几何横截面 采用铝合金或高强度复合材料，作为除了有效材料以 和长度，即它与弯曲的而积惯性矩和极惯性矩有关。对于 外的结构材料和其它材料，当然是一种减轻发电机重量最 风力发电机的结构设计来说，对气隙的要求非常严格。定 为简单而又直接的方法。但是目前采用这种轻型材料用于 子和转子