笼型异步风力发电机的特点解析

并网型风力发电机组中发电机是非常重要的组件之一。由于同步发电机的电枢绕组与三相电网连接，励磁绕组与直流电源连接，结构较为复杂；而异步发电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需要与其他电源连接，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，质量较小，成本较低等优点，因此国内外早期风力发电机组基本都选用异步发电机。

风力发电机运行环境、使用条件均不同于一般的异步发电机，因此其性能要求也大不相同，具体特点如下：

（1）一般异步发电机多处于宽敞的空间运行，散热条件较好；而风力发电机位于室外高空较小且封闭的机舱内工作，通风条件较差，机舱内积聚的热量不易较快散出。太阳直晒机舱，使机舱内空气温度升高，电机工作环境恶劣，虽然电机采用强制风冷却，但只能靠发电机的外壳散热，因此风力发电机的散热条件比通常情况下使用的异步发电机条件要差得多，这就要求风力发电机具有耐较高温度的绝缘等级，一般风力发电机选用F级的绝缘材料。

（2）由于风速具有不可控性，定桨距失速调节的风力发电机组多数时间运行于额定功率以下，发电机经常在半载或轻载下运行，为保证发电机在额定功率以下运行时具有较高的效率，改善发电机的性能，应尽量使风力发电机的效率曲线平缓，使发电机在部分负荷下运行时同样具有较高的效率；但是发电机的效率曲线一般在20%左右的额定负荷下下降较大，因此异步风力发电机多采用变极电机结构，发电机出力在大发电机额定功率的20%左右切换到小发电机运行，从而改善20%额定负荷下发电机的运行效率。这样不仅增大了风机年发电量，且降低了发电机的损耗，有效地缓解了发电机过热问题。

（3）由于风速是时刻变化的，有时瞬时变化在5m/s以上，发电机的输出功率也随之变化，而且幅值较大，而普通电机经常处于额定或相对稳定的状态下运行，所以风力发电机在设计时对发电机的过热、过载能力以及机械结构等的要求更高，其过载能力及过载时间应远大于普通异步发电机，同时其导线要有足够的载流量和过流能力，以免出现引出线熔断事故。(www.xing528.com)

（4）风力发电机组有较强的振动，一方面，风力机正常运行时始终要找主风向，经常偏航，机舱本身就是活动的部件；另一方面，在风压的作用下，机舱有可能会朝各个方向摆动，叶片也会产生振动，这都会导致发电机的振动。因此要求风力发电机的定子绕组及其引线要比普通异步发电机绑扎得更加结实、牢固。同时考虑到风况的影响，风力发电机投入和切出比较频繁，对发电机的冲击次数较多，只有电机线圈及引线绑扎牢固才能保证其足够的动稳定度。

（5）异步发电机本身不能提供励磁电流，必须从电网吸取无功励磁功率以建立磁场，这会使电网的功率因数变差，所以风力发电机都自备电容补偿器为发电机提供无功功率。为了减少电容补偿器的容量，降低风力发电机组电控设备的造价、体积，应努力提高风力发电机的功率因数。

（6）异步发电机正常运行时的转速高于电网同步转速，其输出功率的大小与转子转差大小有关。适当增大发电机的额定滑差可减小输出功率的波动幅度，但是增大滑差会增加发电机的损耗，降低电机效率。发电机的转速（转差）还受电机温度的影响，因此应考虑以上多方面因素制定合适的滑差。另外，风力发电机转子的飞逸转速应为额定转速的1.8～2倍，而一般笼型异步发电机的飞逸转速仅为额定转速的1.2倍。这是因为风力发电机甩负荷的概率很高，甩负荷后电机的转速上升很快，依靠转速保护使风机停机，但是如果超速保护故障，可能会损坏转子导体，而转子被封闭的外壳罩住，不易观察，风力发电机重新投入运行可能使电机损坏恶化，难以修复。

综合考虑以上因素，风力发电机在结构及性能优化上与普通异步发电机区别为：①采用双速电机结构，改善轻载时风力发电机的性能，提高效率；②定子、转子硅钢片的性能比普通的笼型异步发电机的硅钢片性能提高1～2个等级；③定子线圈具有较高的槽满率，一般为70%以上；④电机绕组端部要特殊捆绑固定，使其非常牢靠；⑤考虑风力发电机的短时过载及频率启动，适当放大绕组到电机接线端子的引线容量；⑥适当选择绕组导体的数目，尽量有较高的效率η及较高的功率因数cosφ；⑦转子绕组采用铜材浇铸以减小转子损耗，提高发电机的效率；⑧外壳的外形有利于散热，采用铸造型式的带有散热翅的外壳或采用焊接型式的带有散热管的外壳；⑨与机舱底板连接时使用柔性连接，减轻发电机的振动；⑩在发电机轴伸端加设安全离合器，防止发电机飞车；○11在机舱设通风道或通风罩，有利于电机的散热。