直驅(qū)機(jī)有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢(shì).但需要一個(gè)全功率的變頻器,發(fā)電機(jī)和變頻器的價(jià)格均要高出雙饋機(jī)一頭.所以日前直驅(qū)機(jī)的性價(jià)比并不高,再加上其機(jī)組超大,運(yùn)輸安裝成本更高。例如,一種采用每分鐘20.5轉(zhuǎn)、%極的4m直徑的直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī),由葉輪直接驅(qū)動(dòng)。由于發(fā)電機(jī)成本高,整個(gè)傳輸系統(tǒng)比基本驅(qū)動(dòng)鏈系統(tǒng)(3級(jí)齒輪箱變速加雙饋異步)成本高30%,但發(fā)電量也高,平衡起來(lái),機(jī)組在同容量下,比基本驅(qū)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)發(fā)電成本高6%,雖然成本高,但免去齒輪箱減少了維修成本(5)
除了價(jià)格高、性價(jià)比低外,直驅(qū)機(jī)的其它技術(shù)缺陷也是不能忽視的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速運(yùn)行特點(diǎn),要求發(fā)電機(jī)組采取多極的特殊結(jié)構(gòu),極組需要在發(fā)電機(jī)的圓周展開(kāi),導(dǎo)致發(fā)電機(jī)直徑增大如德國(guó)Enercon公司的E -40型500k%v無(wú)齒輪直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組,發(fā)電機(jī)有84極,粗胖的電機(jī)直徑達(dá)到了4. 8m,使機(jī)艙有突出部。影響了空氣動(dòng)力特性(6),還增加了風(fēng)機(jī)的風(fēng)阻力。圖1是上??萍记閳?bào)研究所文章中的兩種機(jī)型機(jī)艙直觀比較。
像盤(pán)子形狀且笨重的直驅(qū)發(fā)電機(jī),風(fēng)阻力。圖1是上??萍记閳?bào)研究所文章中的兩種機(jī)型機(jī)艙直觀比較。像盤(pán)子形狀且笨重的直驅(qū)發(fā)電機(jī),加上同樣又大又重的風(fēng)葉,占據(jù)了機(jī)艙的前半部,其重心偏離塔筒,單邊懸在空中,加大了塔筒、地基的制造難度和成本。同時(shí),需作超寬超高大件運(yùn)輸?shù)陌l(fā)電機(jī)也會(huì)進(jìn)一步增加風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸和安裝成本。為此,西門(mén)子的SWT一3.6一107直驅(qū)機(jī),首先沿用了1. 3MW和2.3MW風(fēng)機(jī)的雷茄煙型的瘦長(zhǎng)園柱體機(jī)艙,以期改善直驅(qū)機(jī)機(jī)艙的風(fēng)動(dòng)力特性,降低風(fēng)阻力;其次,西門(mén)子3.6MW直驅(qū)機(jī)設(shè)計(jì)成加長(zhǎng)主軸并增加前后二個(gè)軸承.使直驅(qū)發(fā)電機(jī)后移到風(fēng)葉的對(duì)側(cè)以平衡風(fēng)葉重量,從而使機(jī)艙重心后移到塔筒內(nèi).圖2為西門(mén)子雙軸承長(zhǎng)主軸直驅(qū)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,圖31〕為其機(jī)艙布局示意二可見(jiàn),針對(duì)直驅(qū)機(jī)的改進(jìn),探索下一代更先進(jìn)、更可靠、性價(jià)比更高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)展開(kāi)。
三、“無(wú)刷勵(lì)磁直驅(qū)機(jī)十電機(jī)變頻”新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
l、PCT無(wú)刷勵(lì)磁直驅(qū)機(jī)
筆者作為上海億途能源動(dòng)力研究所的創(chuàng)始人,在上世紀(jì)曾接受了上海市政府下達(dá)的1976年電機(jī)研究重大技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目,從此長(zhǎng)期關(guān)注風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,在電機(jī)理論和實(shí)用機(jī)型研究中,略有技術(shù)積累。例如,將交流同步和異步電機(jī)歸納為《差速同步電機(jī)》,作為一種統(tǒng)一電機(jī)加以研究.采用經(jīng)典理論推導(dǎo)出機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的普遍規(guī)律,并以“交流電機(jī)定則”加以論述如下:在正常運(yùn)行(包括正常起動(dòng)、制動(dòng))的無(wú)損耗交流電機(jī)中:
1一1、其定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)具有相同的絕對(duì)轉(zhuǎn)速;而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的絕對(duì)轉(zhuǎn)速可以分解為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)對(duì)于轉(zhuǎn)子體的相對(duì)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子體的機(jī)械轉(zhuǎn)速的矢量和,所以電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速等于定子磁場(chǎng)對(duì)于定子體的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)對(duì)于轉(zhuǎn)子體的轉(zhuǎn)速的矢量差。
1 -2、交流電機(jī)中電能的流動(dòng)方向可以這樣判定:如果定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)速方向相同,則定子和轉(zhuǎn)子中電能流動(dòng)方向相反,在電機(jī)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上超前的場(chǎng)輸人電能而磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上落后的場(chǎng)輸出電能;如果定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)速方向相反,則定子、轉(zhuǎn)子電能流動(dòng)方向相同,在發(fā)電機(jī)中是同時(shí)輸出電能,在電動(dòng)機(jī)中是同時(shí)輸人電能。
1 -3、交流電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子中有功功率之比等干轉(zhuǎn)子場(chǎng)和定子場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)速之比(亦即等于轉(zhuǎn)差率)的負(fù)值。
從當(dāng)前技術(shù)角度看,“差速同步電機(jī)”的異步運(yùn)行,即目前稱為交流勵(lì)磁電機(jī)、異步化同步電機(jī),或主流機(jī)型—雙饋一異步機(jī),也未嘗不可,所以“交流電機(jī)定則”可以看作為指導(dǎo)雙饋異步機(jī)中機(jī)電能量流動(dòng)變化的理論依據(jù)。