1. 前 言

近年因地球升温问题严重，无CO2排放的自然能源的充分利用引人注目。作为自然能源，一般为太阳能与风能。全世界都在兴建风力发电厂并不断扩大输出功率，可望在今后的系统供电中发挥作用。在此背景下，“明电”公司开发了用于风力发电的永磁发电机。2009年1号机组已制造出厂。本文阐述了PMG的结构、特点，并对开发中有关研讨、验证的事项予以介绍。

2. 风力发电用PMG的结构和特点

图1所示为开发的风力发电用PMG外观，图2为其结构断面，额定参数列于表1。

本PMG因与风轮直接连接，是与风轮转速一致的低速旋转发电机。风轮与发电机转子的负荷重量由共用的一个轴承支撑，采用了这种单轴承的结构。

定子的铁芯和线圈安装在圆筒形的机座内，机座的外表面设有冷却风扇，为外壳表面冷却结构。

转子是在圆筒形的轮辐表面装有永磁铁的单纯结构，因没有励磁线圈，故无需供转子励磁电流用的滑环和电刷，维护简单方便。

如上所述，本PMG因与风轮直接连接，不设增速机构，没有机械噪音源的增速齿轮传动，故对降噪方面也是有利的。

图1 风力发电机用PMG外观

多磁极的三相PMG，与风轮转速一致的低速发电机，能与风轮直接连接运转，故无需增速机构。

表1 风力发电用PMG的额定参数

图2 风力PMG的结构断面图

定子铁芯和线圈配置在机座内，永磁体安装于转子表面。是利用机座表面的冷却风扇进行冷却的外壳冷却结构。

3 PMG开发中的研讨与验证

3.1 磁铁的选择

(1)不可逆退磁

本PMG采用了钕铁硼(NdFeB)系的永磁体。永磁体的处理应避免不允许的退磁现象。对于永磁体来说，有可逆的退磁和不可逆的退磁，特别是因风力发电机是设置在塔杆上，在其运行期间，不得出现不可逆的退磁现象。作为引起不可逆退磁的重要原因是:由于磁铁暴露于高温下导致的退磁以及由外部磁场导致的退磁。前者是在负荷运转时电机内部及磁铁本身的温度上升造成的;后者则是起因于短路事故时的短路电流引起反向磁场造成的。

(2)对退磁的讨论与对策

PMG在短路事故时，要求具有充分的耐受强度，而且起因于短路电流的反向磁场不允许产生退磁。

对于磁铁的磁化特性来说，在某一磁场强度下存在急剧弯曲的拐点，这被称之为居里点(即当温度高于此点时，顺磁体的分子磁力消失)。当反向磁场强度超过这一居里点时，磁铁则产生不可逆退磁。

图3所示PMG短路时的反磁场，是通过磁场分析求出。我们选用了高矫顽力的钕铁硼磁体，即使带负荷运转时的磁铁温度下产生短路，这种磁体具有的居里点也能克服反向磁场的退磁作用。

图3 三相突发短路时的反磁场

藉磁场分析求出瞬间短路时反向磁场的大小，是选定磁体的重要特性。

3.2 PMG的特性计算

藉助FEM(有限元法)磁场分析进行了空载感应电压、三相短路电流、电感等PMG的特性计算。负载特性由式(1)～式(4)等值电路方程式求得。

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