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摘 要：文章首先对永磁风力发电机发电原理进行综述，分析永磁风力发电机运行过程中热量产生的主要原因，介绍了目前广泛使用的几种风力发电机冷却方式，并对不同冷却方式应用在不同机型做出介绍。
关键词：永磁风力发电机；冷却方式
引言：风能是可再生能源的重要组成部分，积极地开发风能对改善能源系统结构、缓解能源危机、保护生态环境具有深远意义。文章将对永磁风力发电机的原理进行了简要的介绍，对永磁风力发电机在运行过程中产生的热量做出分析，并对目前广泛使用的几种永磁风力发电机冷却方式做出介绍。
1 永磁风力发电机的工作原理及特点
永磁风力发电机从结构上分为直驅永磁风力发电机、半直驱永磁风力发电机及高速永磁风力发电机等。风能使风力发电机组中的桨叶进行旋转，从而带动风力发电机组的传送系统，最终使永磁风力发电机转子转动与定子产生切割磁感线运动，产生电能。由于风速的变动，永磁风力发电机组中的叶轮转速一般是变动的，所以发电机发出的电流和电压是不稳定的，这时候需要在发电机的输出侧加一个全功率的变流器，将发电机发出的交流电变为直流，在由变流器逆变成690v的交流电送到风机外的箱变中，由箱变升压后送到风电场的升压站，最后输送到电网。
风力发电机分为永磁同步风力发电机及双馈异步风力发电机。与双馈异步风力发电机相比，永磁同步风力发电机具有以下的优点：
1）取消了励磁系统的损耗，提高了效率。
2）取消了励磁绕组、励磁电源、集电环和电刷等装置。结构简单、运行可靠。
3）永磁风力发电机结构紧凑、体积小、重量轻。
4）电机的尺寸和灵活性更多样化。
5）提高了气隙磁密和功率密度.
6）不需要从电网吸收无功功率建立磁场，可以改善电网的功率因数。
2 永磁风力发电机运行过程中的热量产生
发电机运行产生的热量主要因为发电机运行时产生损耗。发电机主要损耗分类如下图（图1）：
电气损耗分为铁损、铜损及励磁损耗
铁损：包括转子表面损耗、转子磁场中高次谐波在定子上产生的附加损耗，齿内的脉振损耗及定子端部的附加损耗。
铜损：包括绕组导线中的铜损耗和槽内横向漏磁通使导线截面上电流分布不均所增加的附加铜损耗。
励磁损耗：是维持电机励磁所产生的损耗。（因永磁风力发电机中的转子励磁由永磁部分组成，所以此部分可不考虑）
机械损耗：主要由轴承损耗和风摩损耗组成。
风力发电机通常安装在据地面较高的机舱内，对维护、保养产生不变。应尽量排除因电机过热引起的电机故障。永磁风力发电机的热量主要由定子产生的绕组损耗及磁轭损耗，转子由永磁体构成，所以转子损耗相对于定子损耗来说要小得多，永磁风力发电机的冷却主要考虑定子的冷却。如果电机中的温度过高，会对永磁体产生影响，使永磁体性能降低，如果温升严重还会使永磁体产生不可逆去磁现象，导致整个电机报废。加强冷却效果可以提高电磁负荷，减小发电机的体积，从而降低制造成本。因此永磁风力发电机的温升计算及冷却结构的布置就变的非常重要，对于永磁风力发电机的冷却设计，要从电机工程的实际出发，考虑整个电机的效率、尺寸、和工艺实现的难度等。
3 对于永磁风力发电机的冷却结构介绍
永磁风力发电机的冷却型式分为冷却风机的强迫风冷、自然风冷及通过转子自带的风扇进行的电机内部轴向或径向冷却。
1）冷却风机的强迫风冷型式
这种冷却方式多用于直驱或半直驱风力发电机中，通过在电机的端盖上或电机的上部安装若干个冷却风机向电机内部吹入温度较低的空气，该低温空气流经电机内部带走热量后通过冷却器（多为水冷）进行热交换。从而达到冷却电机的效果。直驱永磁风力发电机及半直驱永磁风力发电机多采用此种方式（图2）。
图2
2）自然风冷却
这种冷却方式只能运用在直驱永磁风力发电机上，定子铁心与定子机座内壁通过鸽尾筋进行连接，定子铁心外圆与定子机座内壁相接触，定子机座壁的厚度在满足强度要求的情况下尽量变薄，在定子机座壁的外部焊接若干的散热筋，以便增大散热面积，这种冷却方式的主要原理在于当风机桨叶在一定的风量带动下进行选择，此时，风也会吹到定子机座外壁上，由此达到冷却电机的作用，当风速增大时，电机发出的热量也增大，但是此时机座所达到的冷却效果也相应增加，可以达到冷却电机的要求。
3）转子自带风扇冷却型式
这种冷却方式是通过转子上所带风扇，与转子同速转动带动电机内部的空气达到冷却效果。电机采用的风扇为轴流风扇或离心风扇，通过风扇的转动将电机内部的热量通过电机背部自带的空空冷却器进行热交换带走，达到冷却电机的效果。高速永磁风力发电机多采用此种冷却方式（图3）。
图3
3、结语
上述内容介绍了现在国内市场中永磁风力发电机的主要冷却型式，但是具体冷却方式的选择，冷却风机、冷却器及风扇选型等相关参数需根据通风计算结果及具体的结构布置来确定。
关键词：永磁风力发电机；冷却方式
引言：风能是可再生能源的重要组成部分，积极地开发风能对改善能源系统结构、缓解能源危机、保护生态环境具有深远意义。文章将对永磁风力发电机的原理进行了简要的介绍，对永磁风力发电机在运行过程中产生的热量做出分析，并对目前广泛使用的几种永磁风力发电机冷却方式做出介绍。
1 永磁风力发电机的工作原理及特点
永磁风力发电机从结构上分为直驅永磁风力发电机、半直驱永磁风力发电机及高速永磁风力发电机等。风能使风力发电机组中的桨叶进行旋转，从而带动风力发电机组的传送系统，最终使永磁风力发电机转子转动与定子产生切割磁感线运动，产生电能。由于风速的变动，永磁风力发电机组中的叶轮转速一般是变动的，所以发电机发出的电流和电压是不稳定的，这时候需要在发电机的输出侧加一个全功率的变流器，将发电机发出的交流电变为直流，在由变流器逆变成690v的交流电送到风机外的箱变中，由箱变升压后送到风电场的升压站，最后输送到电网。
风力发电机分为永磁同步风力发电机及双馈异步风力发电机。与双馈异步风力发电机相比，永磁同步风力发电机具有以下的优点：
1）取消了励磁系统的损耗，提高了效率。
2）取消了励磁绕组、励磁电源、集电环和电刷等装置。结构简单、运行可靠。
3）永磁风力发电机结构紧凑、体积小、重量轻。
4）电机的尺寸和灵活性更多样化。
5）提高了气隙磁密和功率密度.
6）不需要从电网吸收无功功率建立磁场，可以改善电网的功率因数。
2 永磁风力发电机运行过程中的热量产生
发电机运行产生的热量主要因为发电机运行时产生损耗。发电机主要损耗分类如下图（图1）：
电气损耗分为铁损、铜损及励磁损耗
铁损：包括转子表面损耗、转子磁场中高次谐波在定子上产生的附加损耗，齿内的脉振损耗及定子端部的附加损耗。
铜损：包括绕组导线中的铜损耗和槽内横向漏磁通使导线截面上电流分布不均所增加的附加铜损耗。
励磁损耗：是维持电机励磁所产生的损耗。（因永磁风力发电机中的转子励磁由永磁部分组成，所以此部分可不考虑）
机械损耗：主要由轴承损耗和风摩损耗组成。
风力发电机通常安装在据地面较高的机舱内，对维护、保养产生不变。应尽量排除因电机过热引起的电机故障。永磁风力发电机的热量主要由定子产生的绕组损耗及磁轭损耗，转子由永磁体构成，所以转子损耗相对于定子损耗来说要小得多，永磁风力发电机的冷却主要考虑定子的冷却。如果电机中的温度过高，会对永磁体产生影响，使永磁体性能降低，如果温升严重还会使永磁体产生不可逆去磁现象，导致整个电机报废。加强冷却效果可以提高电磁负荷，减小发电机的体积，从而降低制造成本。因此永磁风力发电机的温升计算及冷却结构的布置就变的非常重要，对于永磁风力发电机的冷却设计，要从电机工程的实际出发，考虑整个电机的效率、尺寸、和工艺实现的难度等。
3 对于永磁风力发电机的冷却结构介绍
永磁风力发电机的冷却型式分为冷却风机的强迫风冷、自然风冷及通过转子自带的风扇进行的电机内部轴向或径向冷却。
1）冷却风机的强迫风冷型式
这种冷却方式多用于直驱或半直驱风力发电机中，通过在电机的端盖上或电机的上部安装若干个冷却风机向电机内部吹入温度较低的空气，该低温空气流经电机内部带走热量后通过冷却器（多为水冷）进行热交换。从而达到冷却电机的效果。直驱永磁风力发电机及半直驱永磁风力发电机多采用此种方式（图2）。
图2
2）自然风冷却
这种冷却方式只能运用在直驱永磁风力发电机上，定子铁心与定子机座内壁通过鸽尾筋进行连接，定子铁心外圆与定子机座内壁相接触，定子机座壁的厚度在满足强度要求的情况下尽量变薄，在定子机座壁的外部焊接若干的散热筋，以便增大散热面积，这种冷却方式的主要原理在于当风机桨叶在一定的风量带动下进行选择，此时，风也会吹到定子机座外壁上，由此达到冷却电机的作用，当风速增大时，电机发出的热量也增大，但是此时机座所达到的冷却效果也相应增加，可以达到冷却电机的要求。
3）转子自带风扇冷却型式
这种冷却方式是通过转子上所带风扇，与转子同速转动带动电机内部的空气达到冷却效果。电机采用的风扇为轴流风扇或离心风扇，通过风扇的转动将电机内部的热量通过电机背部自带的空空冷却器进行热交换带走，达到冷却电机的效果。高速永磁风力发电机多采用此种冷却方式（图3）。
图3
3、结语
上述内容介绍了现在国内市场中永磁风力发电机的主要冷却型式，但是具体冷却方式的选择，冷却风机、冷却器及风扇选型等相关参数需根据通风计算结果及具体的结构布置来确定。