在风力机中使用传统发电机是不可能的。因此,在发电模式中使用了不同的结构设计,比如感应、双馈、同步PM发电机等。上述发电机大多都需要一个齿轮箱,将风力机风轮的机械转速(50~300r/min)转换为发电机转子的机械转速(750r/min、1000r/min或1500r/min)。不过,最主要的仍然是齿轮箱机械损耗、效率和维护问题。
因此,DD发电机系列已经在过去几年中得到应用,其转子直接与电机相连接,而且它也不需要齿轮箱。DD发电机通常为带有多个极对的PM发电机,而且其额定转速是在风力机转子转速范围之内。此外,它们结构更加紧凑,因此更容易安装。与DD风力机成本有关的因素之一是运输问题。1.5MW或2MW发电机的外径约为4m,因此它可以通过常规方式来运输。直径数量级为10m的4.5MW发电机是分段制造的,目的是为了分开运输[130]。
DD系列发电机的另一个优点是,它们可以设计用于高电压。这样并不能提高效率,但在兆瓦级的高电压时,当电压从400V或750V变换至5kV时,铜耗就降低了。
DD发电机的直径可以较小,因此它们不会给运输带来困扰,因为它们可以在现场组装。现场组装允许大幅度增加风力机的最终高度。
发电机的功率密度还有可能通过提高给定发电机的转速来提高。不过,以功率密度为基础来对转速不同的发电机进行比较是不可能的。不同的发电机可以通过转矩密度来比较,因为它与转速无关。只有达到一定的转速这才有效,大多是要超过风力机的典型转速。转矩密度定义为(www.xing528.com)
式中 T——发电机额定转矩(kN·m);
Td——发电机转矩密度(kN·m/m3);
d0——定子外径(仅指活动外径);
La——发电机总轴向长度(有效长度仅包括定子端绕组)[117]。
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