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1概述由于全球性的能源危机及环境恶化，人们一直在寻求洁净的可再生能源的利用。风能作为一种洁净的可再生能源，随着其技术的逐步成熟而越来越具有竞f力。风电的投资比价已接近火电和水电。据估算，地球上的R能资源约200万亿千瓦时，如能利用其中的1%就可满足人类的电能需求/德国、丹麦、荷‘兰、美国。等对风能的开发和利用位于世界前列。，我国可开发利用的风能资源极为丰富，近年来以每年新增装机容量100~200MW的速度发展，其中以新疆、内蒙为风电装机容量最大、发展最快的省份。风电的迅速发展，使得市场对风力发电机出租的需求日趋旺盛。
根据市场的需求，上海电机厂有限公司组织力量对风力发电机出租的研究和开发，成功地开发了YFF系列风力发电机。其中的YFF355-6 6600/125kW4/6P690V发电机，经过成功试运行后已投入批量生产。
2系列风力发电机的设计特点在系列设计中，充分考虑了风力发电机运行环境工况的特殊性，同时兼顾高性能及可靠性。概括起来，系列发电机具有以下特点：“风力发电机为户外高空运行，发电机虽安装于机仓内，但所处环境往往较为恶劣，故对发电机的防护要求较高。该系列发电机设计防护等级为IP54.风力发电机往往是和小电网并联运行，易受电网电压及频率波动的影响。发电机的设计过载能力一般较篼，以避免电网电压及频率波动较大时影响发电机的稳定运行随着风电场风力的变化，发电机的输出功率也一直在变化。经统计，风力发电机在97%的时间内工作在额定功率以下。
为了提高经济效益，希望发电机出租在轻载时也具有较高的效率。这就要求发电机的不变损耗，即铁耗与机械耗之和必须控制在较低水平。在设计时，采取措施尽量减小了铁耗及冷却风扇的损耗。以600/125kW风力发电机为例，其铁耗与机械耗之和低于进口同类电机。
异步发电机的励磁是靠电网的无功功率来提供的。发电机的功率因数太低将影响到电网的场率因数。因此，该系列风力发电机都具有较高的功率因数。
在兼顾电机效率及电机温升的情况下，发电机出租的额定滑率控制在较高数值。风力发电机在运行过程中，随风力的变化其功率一直在波动，相应发电机电流也随着波动。为了减小电流波动，缓冲对系统的冲击，提高机组寿命及可靠性，往往要求发电机具有较软的特性。在同样大小的功率波动下，额定滑率大的发电机转速变化较大，风机桨叶、齿轮箱及发电机转子速度变化将有一个能量的释放或吸收过程，这部分吸收或释放的能量对发电机功率的波动起到一个补偿的作用。
这使得发电机与电网之间的电流变化率大大减小，增加了系统的稳定性。发电机额定滑率越大，其特性越软，速度变化范围越大，这个补偿作用也越大。该系列异步发电机的额定滑率约为一般异步电动机的2倍。
风力发电机安装在高空的机仓中，机仓的容积有限。这限制了发电机的体积，该系列风力发电机全部设计成表面冷却的紧凑型电机，体积大大减小。
3开发系列风力发电机解决的几个课题异步发电机与异步电动机虽然同是由电网提供励磁电流，但比较二者的矢量图可看出有以下差别：异步电动机的电压f/比其内电势大得较多，而异步发电机的f/与；则相差较小。一般异步电动机发电机的设计中，如仍采用电动机的感应电势计算方法，则感应电势及计算出的磁通密度都偏低，这可能造成发电机在实际运行时磁通过于饱和。
异步电动机的/与五的夹角a较小，而异步发电机的a角要大一些。但异步电动机设计程序中的一些计算公式是基于a角很小而近似导出的。如果发电机的设计套用仅适用于电动机的设计公式，将引起较大误差。要得到比较精确的结果，异步发电机的这些计算公式必须采用稍复杂的公式。
电动机的定子电压与定子电流夹角小于901而发电机该夹角大于90%故电动机设计程序中一些项的符号必须改变，否则将引起较大误差。
对于功率1千瓦以下的异步发电机，许多用户直接用一般用途的异步电动机作发电机方式运行。但对较大容量的风电机组，特别是有一定规模的风电场而言，这种做法是不合适的。
根据异步发电机的矢量图，我们专门编制了异步发电机电磁设计计算机程序，保证了计算的精确性。通过发电机参数设计值与试验值的对比，进一步验证了计算程序的精确性。
表面冷却异步电机温升计算对全封闭空一空冷却电机而言，一般有两种结构形式：一种是带独立的冷却器，另一种就是我们开发的发电机系列所采用的表面冷却方式。相比之下，靠表面冷却的电机的温升计算显得尤为重要。因为对带冷却器的冷却方式而言，如试验时发电机温升过高，还可以通过调节冷却器的冷却能力来改善。而表面冷却的电机，一旦发现电机温升过高，可以改善的余地将是很小的。如果不进行表面冷却电机的温升计算，就不能准确控制电机设计参数，这将大大增加开发风险。
我们专门开发了表面冷却电机的温升计算程序，这对风力发电机出租系列的开发成功起到了重要的作用。
风力发电机要求在轻载时具有较高的效率，这要求电机的风扇损耗要尽可能地低。为此，我们和高校合作开发了低损耗的冷却风扇。在满足发电机冷却要求的基础上，将电机的风摩耗降到较低值。这使得风力发电机的效率指标得到了很大的提高，也大大降低了电机的噪声。
风力发电机的试制过程试制样机机座为钢板滚圆焊接，外圆焊内部有冷却风孔的u形冷却筋。定子含两套独立的4极及6极绕组，F级绝缘。定子绕组采用真空压力无溶剂浸漆。电机有内、外两个风路，内风路通过定、转子气隙及转子轴向通风孔，线圈端部，U形冷却筋的内部风孔形成回路；外风路风量主要流过U形冷却筋的外表面。
开始试制时转子采用铸铝结构。为了降低电机的实际杂散损耗及铁耗以达到进一步提高电机效率及降低电机温升的目的，最终改成为铜排结构。
试制完成后进行了试验分析，除效率外，发电机的其他指标均符合用户要求。试验报告表明电机的风摩耗达7.2kW.电机风摩耗过大是影响效率的主要因素，要想进一步提高电机效率，必须对冷却风扇进行优化设计。
我们用发热计算程序对内、外风路风量对发电机温升的影响进行分析，确定了电机所需的最小风量，同时计算出了发电机内、外风路的风阻，这样就得出了内、外风路的初步风压、风量参数。风扇采用效率较高的后倾叶片式，优化的目标是将风摩耗控制在4.5kW以下。最终试验结果发电机风摩耗仅为3.9kW，发电机的所有指标均达到用户要求。
样机试制成功后，对发电机的试验结果进行了详细的分析，并对发电机结构作进一步改进，以适应批产的需要。
样机试制时，发电机机座采用的是钢板焊接结构。因为若采用铸铁机座的话，铸件木模的费用是十分昂贵的，这在试制阶段尚有许多不定因素时，显然是不得不考虑的。但对比发电机的温升计算与试验结果可发现，计算温升为78K，而实际样机温升达92.5K，两者相差较大。分析主要原因如下：（a）焊接机座易变形（特别在周期较短的情况下），这可能造成机座内圆有一定的1圆度，影响定子铁心外圆与机座的配合，从而影响了电机散热；（b）散热筋与机壁的接触面积直接影响传热能力。计算中考虑的是理想状态，而实际焊接时很难保证散热筋与机座100%面积的连接。采用铸铁机座可避免以上两种情况。考虑到批产时如采用铸铁机座还可大大缩短成本和生产周期，最终决定维持的设计其他不变的基础上，将机座由焊接结构改成铸铁机座。
改成铸铁机座后，计算温升为67.6K.试验温升为68.5K，比原来的92.5K降低了14K 600/125kW发电机的最终试验值与用户规定值及原德国电机参数对比如表1：表用户要求德国进口电机上电厂产品效率功率因数额定转速温升从以上对比可看出，发电机的各项参数均达到了要求，特别是效率及功率因数值，都超过了规定值，由于电机的风摩耗通过优化设计控制在较低水平，发电机铁耗也只有3.62kW（同容量电动机为6kW左右），发电机在轻载时也获得了高效率。
率因数一-负载曲线见下图：由该曲线可看出，该发电机是特别适合风力发电机出租时轻载运行较多工况的。
5最终确定的系列风力发电机的设计参数（如表2）6今后的研究方向前面提到，为使发电机的输出功率波动较小，需使发电机的特性相对软一些，这就要求发电机的额定滑率要比一般电动机大得多。对鼠笼式异步发电机而言，要增加滑率，只能增加转子铜排的电阻，同时也增加了转子铜耗，使得发电机的总损耗大大增加。而受转子发热及定子绕组温升的限制，发电机额定滑率必须控制在一定范围内。据我们所掌握的国内、外异步发电机的资料，250kW以上的鼠笼型异步发电机的额定滑率基本上没有超过2%的11表2YFF系列风力发电机技术数据型号额定功率（千瓦）额定电压（伏）定子电流（安）额定转速（转/分）效率功率因数（cos令）最大转矩额定转矩堵转转矩额定转矩堵转电流额定电流绝缘等级/温升等级重量（千克）采用绕线式异步发电机，转子回路串联外部电阻，这就解决了发电机内部的发热问题。
丹麦的Vestas公司生产的绕线式转子异步风力发电机，通过电子开关元件调节串人的同轴外接转子电阻，可使滑率在1% ~10%内调节。这大大改变了发电机组的性能。这种结构的风力发电机的另外一个优点是转子回路的损耗绝大部分在电机外部，不会使电机过热采用双馈调速的绕线式异步风力发电机，还可以将发电机调速范围扩大到更大的范围。另外如不带齿轮箱的低转速发电机等，这些较为新型的风力发电机目前国内也已开始了这方面的研究。
我们下一步的工作将是开发绕线型或其他新型的风力发电机以更好地满足市场的各种需要。
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