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[摘 要]近年来，随着我国风力发电厂发展脚步的不断加快，对发电机的应用也提出了较高的要求。永磁同步发电机作为当前风力发电厂中应用十分广泛的一种发电机类型，具有结构简单、高效率等优势，而且对维护工作也没有较高的要求，因此，受到了诸多风力发电厂的高度青睐。本文首先对不同类型风力发电机的技术进行简要对比，并在此基础上对大型永磁风力发电机的技术难点进行探讨，以此来为日后其在风力发电中的有效应用奠定坚实的基础。
[關键词]永磁同步发电机；风力发电；应用
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0261-01
风力发电对于我国社会经济的可持续发展具有重要意义，近年来，伴随着我国科学技术的不断成熟，对发电机在风力发电中应用的研究也越来越深入。本文所介绍的大型永磁同步发电机，是当前风力发电厂中的一种新型发电机类型，不仅效率高、结构简单，而且还具有免维护等优势，正因为如此，该发电机在当前风力发电中得到了广泛应用，并且取得了良好的效果。
一、不同类型风力发电机的技术对比
变速恒频双馈式风力发电机、直驱同步风力发电机和混合传动风力发电机是当前风力发电厂中应用最为广泛的三种发电机类型，接下来，笔者就三种类型发电机在风力发电厂中的应用进行简要介绍。
1、变速恒频双馈式风力发电机
目前，就风力发电厂中所使用的发电机来看，以变速恒频双馈式风力发电机最为广泛，在过去的时间里，该发电机应用的技术瓶颈主要集中在大功率变流器的成本方面，现如今，随着我国科学技术的飞速发展，该技术瓶颈已经被打破，进一步巩固了变速恒频双馈式风力发电机在风力发电厂中的地位。该发电机的构成大致包括四个部分，即风机叶轮、三级齿轮箱、双馈异步发电机和双向PWM交流器。由于此种类型的发电机在运行过程中，定转子都有外接电源，并且要实现能量交换，所以也被称为双馈发电机。这种发电机的优点在于技术成熟、制造成本低、风机厂商进入的门槛低等，但与之相应的也有一些缺点，比如说运行范围比较窄、电力品质相对较差等。就我国风力发电当前的市场发展现状来看，这种齿轮箱加常规电机的传统技术路线在未来的日子里，有可能会被新的技术所取代。
2、直驱同步风力发电机
此类发电机的构成主要包括3个部分，即风机叶轮、多极低速同步发电机和全功率变流器。在风机运行过程中，控制系统的工作主要依靠变流器来完成。之所以被称为“直驱同步风力发电机”，是因为此类发电机的风力机和发电机是直接连接的。与变速恒频双馈式风力发电机不同，直驱同步风力发电机的输出功率是通过全功率变流器向电网输送的，不仅电能品质优越，而且还能够更好的增强系统的稳定性，在提高运行效率的同时，也降低了维护成本。
3、混合传动风力发电机
风机叶轮、齿轮箱、全功率变流装置和中高速发电机是构成混合传动风力发电机的几个部分，在发电机运行过程中，经过齿轮箱之后的风机叶轮转速上升到100-2000r/min，再与中高速等级发电机相连，发电机发出的功率通过全功率变流器后并网运行。这种设计方案的优点在于可以将系统简化，提高系统整体运行的稳定性和可靠性。在该设计模式下，发电设备的选择既可以使用永磁同步发电机，也可以使用电励磁同步发电机。但就我国目前风力发电厂实际应用来看，大多以永磁发电机为主，其根本原因在于永磁发电机的性能更加符合该设计方案的需求。
4、对比关系
表1给出的是上述三种类型风力发电机的各项性能指标对比，从表1中我们能够看出，每一种类型的发电机都有其各自的优缺点，变速恒频双馈式风力发电机技术成熟、门槛低、价格合理，但需要定期对其进行维护，且可靠性和稳定性较差；直驱同步风力发电机虽然可靠性和稳定性好，无需过多维护，但尺寸过大，且技术门槛较高，进而制约了该类型发电机的广泛应用；混合传动风力发电机虽然维护性和经济性居中，但由于零部件制造简单，在未来更大功率风机应用上将具有显著优势。
二、大型永磁同步风力发电机的技术难点
1、电机设计方面的难点
作为系统磁路的一个重要组成部分，永磁体在发电机应用中发挥着重要的作用。在实际应用过程中，设计者需要对永磁体的型号和磁路的结构特点进行充分考虑，同时，还要对不同情况下出现的永磁退磁问题进行考虑，比如说正常运行时的工作温度以及故障下的过流冲击等，都有可能导致永磁发电机的电磁设计变得异常复杂。此外，由于永磁体材料中含有大量的稀有金属，如果用量较大，势必会导致成本增加，反之，则达不到预期的效果。所以，在设计过程中，设计者需要对经济性和综合性充分考虑。
除此之外，设计者还要对风力发电机的起动阻力矩进行合理计算，并采取针对性的措施予以降低。阻力矩较低的发电机即使在风力较小的情况下，也可以起动发电，进而将资源有效利用起来，进一步提高发电性能。
电机的温升也是电机设计方面的一个难点所在，在风机中，由于永磁电机的运行范围较小，散热性能差，在这种情况，一旦电机散热设计不合理，那么势必出现由于温升过高而导致的永磁体退磁现象，进而导致一系列问题发生，比如说电机运行效率下降、出力不够等。所以，结合电机运行的实际情况和特点，采取针对性的措施对散热系统进行科学合理的设计是非常重要的。
2、电机工艺方面的难点
在当前风力发电厂中，对于永磁体的应用，通常要先进行充磁，然后再将其安装到转子上，这就涉及了另一个问题，即安装问题。通常情况下，多个永磁体会组成一个磁极，由于永磁体机械强度小且易碎，加上其本身具有很强的磁性，这些都给安装工作造成了很大的困难。所以，设计人员必须制定科学的安装方案，确保安装工作能够顺利实施。
安装工作完成之后，下一个难题就是定转子的套装，与传统的套装相比，定转子的套装不仅居于哦吸附力强、气隙较小等特点，而且一旦操作不当，还会导致定、转子报废，甚至还会给工作人员的人身安全造成威胁。所以，为了将此环节的工作顺利完成，工作人员需要制作精确的导入及定位工装，在保证定、转子绝对同心的条件下再行总装是套装工艺的关键。
除此之外，在任何一个环节的制造中，都要对清洁工作给予高度重视。在永磁体安装完成之后，要尽可能避免再次焊接、打磨等工序，此外，在安装工作完成之后，还要做好进一步的防护工作，以此来确保安装的整体质量满足需求。
结语
综上所述，大型永磁同步发电机具有诸多优势，目前已经成为国内外风力发电厂的主要设备之一，且具有十分广阔的发展前景。但需要注意的是，大型永磁同步发电机在使用过程中存在很多技术难点，这就要求工作人员需对这些难点进行全面系统的掌握和了解，并结合发电厂的实际情况，对发电机进行合理应用，以此来将其作用最大限度的发挥出来。
参考文献
[1]赵祥，张新丽，张世福.大型永磁同步发电机在风力发电中的应用[J].电气技术，2010（11）.
[2]李亮.永磁同步电动机在风力发电机的应用与发展[J].中国科技投资，2013（A33）.
[3]张邵波.低速永磁同步发电机的优化设计及特性分析[D].合肥工业大学，2012.
[4]刘伟亮.锥形永磁同步风力发电机的研究[D].哈尔滨工业大学，2013.
[關键词]永磁同步发电机；风力发电；应用
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0261-01
风力发电对于我国社会经济的可持续发展具有重要意义，近年来，伴随着我国科学技术的不断成熟，对发电机在风力发电中应用的研究也越来越深入。本文所介绍的大型永磁同步发电机，是当前风力发电厂中的一种新型发电机类型，不仅效率高、结构简单，而且还具有免维护等优势，正因为如此，该发电机在当前风力发电中得到了广泛应用，并且取得了良好的效果。
一、不同类型风力发电机的技术对比
变速恒频双馈式风力发电机、直驱同步风力发电机和混合传动风力发电机是当前风力发电厂中应用最为广泛的三种发电机类型，接下来，笔者就三种类型发电机在风力发电厂中的应用进行简要介绍。
1、变速恒频双馈式风力发电机
目前，就风力发电厂中所使用的发电机来看，以变速恒频双馈式风力发电机最为广泛，在过去的时间里，该发电机应用的技术瓶颈主要集中在大功率变流器的成本方面，现如今，随着我国科学技术的飞速发展，该技术瓶颈已经被打破，进一步巩固了变速恒频双馈式风力发电机在风力发电厂中的地位。该发电机的构成大致包括四个部分，即风机叶轮、三级齿轮箱、双馈异步发电机和双向PWM交流器。由于此种类型的发电机在运行过程中，定转子都有外接电源，并且要实现能量交换，所以也被称为双馈发电机。这种发电机的优点在于技术成熟、制造成本低、风机厂商进入的门槛低等，但与之相应的也有一些缺点，比如说运行范围比较窄、电力品质相对较差等。就我国风力发电当前的市场发展现状来看，这种齿轮箱加常规电机的传统技术路线在未来的日子里，有可能会被新的技术所取代。
2、直驱同步风力发电机
此类发电机的构成主要包括3个部分，即风机叶轮、多极低速同步发电机和全功率变流器。在风机运行过程中，控制系统的工作主要依靠变流器来完成。之所以被称为“直驱同步风力发电机”，是因为此类发电机的风力机和发电机是直接连接的。与变速恒频双馈式风力发电机不同，直驱同步风力发电机的输出功率是通过全功率变流器向电网输送的，不仅电能品质优越，而且还能够更好的增强系统的稳定性，在提高运行效率的同时，也降低了维护成本。
3、混合传动风力发电机
风机叶轮、齿轮箱、全功率变流装置和中高速发电机是构成混合传动风力发电机的几个部分，在发电机运行过程中，经过齿轮箱之后的风机叶轮转速上升到100-2000r/min，再与中高速等级发电机相连，发电机发出的功率通过全功率变流器后并网运行。这种设计方案的优点在于可以将系统简化，提高系统整体运行的稳定性和可靠性。在该设计模式下，发电设备的选择既可以使用永磁同步发电机，也可以使用电励磁同步发电机。但就我国目前风力发电厂实际应用来看，大多以永磁发电机为主，其根本原因在于永磁发电机的性能更加符合该设计方案的需求。
4、对比关系
表1给出的是上述三种类型风力发电机的各项性能指标对比，从表1中我们能够看出，每一种类型的发电机都有其各自的优缺点，变速恒频双馈式风力发电机技术成熟、门槛低、价格合理，但需要定期对其进行维护，且可靠性和稳定性较差；直驱同步风力发电机虽然可靠性和稳定性好，无需过多维护，但尺寸过大，且技术门槛较高，进而制约了该类型发电机的广泛应用；混合传动风力发电机虽然维护性和经济性居中，但由于零部件制造简单，在未来更大功率风机应用上将具有显著优势。
二、大型永磁同步风力发电机的技术难点
1、电机设计方面的难点
作为系统磁路的一个重要组成部分，永磁体在发电机应用中发挥着重要的作用。在实际应用过程中，设计者需要对永磁体的型号和磁路的结构特点进行充分考虑，同时，还要对不同情况下出现的永磁退磁问题进行考虑，比如说正常运行时的工作温度以及故障下的过流冲击等，都有可能导致永磁发电机的电磁设计变得异常复杂。此外，由于永磁体材料中含有大量的稀有金属，如果用量较大，势必会导致成本增加，反之，则达不到预期的效果。所以，在设计过程中，设计者需要对经济性和综合性充分考虑。
除此之外，设计者还要对风力发电机的起动阻力矩进行合理计算，并采取针对性的措施予以降低。阻力矩较低的发电机即使在风力较小的情况下，也可以起动发电，进而将资源有效利用起来，进一步提高发电性能。
电机的温升也是电机设计方面的一个难点所在，在风机中，由于永磁电机的运行范围较小，散热性能差，在这种情况，一旦电机散热设计不合理，那么势必出现由于温升过高而导致的永磁体退磁现象，进而导致一系列问题发生，比如说电机运行效率下降、出力不够等。所以，结合电机运行的实际情况和特点，采取针对性的措施对散热系统进行科学合理的设计是非常重要的。
2、电机工艺方面的难点
在当前风力发电厂中，对于永磁体的应用，通常要先进行充磁，然后再将其安装到转子上，这就涉及了另一个问题，即安装问题。通常情况下，多个永磁体会组成一个磁极，由于永磁体机械强度小且易碎，加上其本身具有很强的磁性，这些都给安装工作造成了很大的困难。所以，设计人员必须制定科学的安装方案，确保安装工作能够顺利实施。
安装工作完成之后，下一个难题就是定转子的套装，与传统的套装相比，定转子的套装不仅居于哦吸附力强、气隙较小等特点，而且一旦操作不当，还会导致定、转子报废，甚至还会给工作人员的人身安全造成威胁。所以，为了将此环节的工作顺利完成，工作人员需要制作精确的导入及定位工装，在保证定、转子绝对同心的条件下再行总装是套装工艺的关键。
除此之外，在任何一个环节的制造中，都要对清洁工作给予高度重视。在永磁体安装完成之后，要尽可能避免再次焊接、打磨等工序，此外，在安装工作完成之后，还要做好进一步的防护工作，以此来确保安装的整体质量满足需求。
结语
综上所述，大型永磁同步发电机具有诸多优势，目前已经成为国内外风力发电厂的主要设备之一，且具有十分广阔的发展前景。但需要注意的是，大型永磁同步发电机在使用过程中存在很多技术难点，这就要求工作人员需对这些难点进行全面系统的掌握和了解，并结合发电厂的实际情况，对发电机进行合理应用，以此来将其作用最大限度的发挥出来。
参考文献
[1]赵祥，张新丽，张世福.大型永磁同步发电机在风力发电中的应用[J].电气技术，2010（11）.
[2]李亮.永磁同步电动机在风力发电机的应用与发展[J].中国科技投资，2013（A33）.
[3]张邵波.低速永磁同步发电机的优化设计及特性分析[D].合肥工业大学，2012.
[4]刘伟亮.锥形永磁同步风力发电机的研究[D].哈尔滨工业大学，2013.