风力发电机电工是风力发电系统的最主要部件之一主要由风力机和发电机电工两部分组成。风能通过风力机将风能转化为机械能然后利用机械能带动发电机电工发电，产生

    风力发电机电工是风力发电系统的最主要部件之一主要由风力机和发电机电工两部分组成。风能通过风力机将风能转化为机械能然后利用机械能带动发电机电工发电，产生电能风力发电机电工及其控制系统承担着将风能转換为电能的任务。其不仅直接影响整个转换过程的性能而且影响到整个系统的转换效率。

叶片受到风的作用而转动传给发电机电工发電机电工将风能转化成电能。发电机电工及其控制系统承担了风力发电系统中由机械能到电能转换的任务它不仅直接影响这个转换过程嘚性能、效率和供电质量，而且也影响到前一个转换过程的运行方式、效率和装置结构因此，研制和选用适合于风电转换用的运行可靠、效率高、控制及供电性能良好的发电机电工系统是风力发电工作的一个重要组成部分。

    发电机电工分为交流发电机电工和直流发电机電工交流发电机电工主要分为同步发电机电工、异步发电机电工（或称为感应发电机电工）和永磁式发电机电工。

同步发电机电工是一種成熟的发电机电工同步发电机电工运行于一个恒定的速度，该速度与固定的电源频率有关因此其不适用于没有电力电子变频器的风電场的变速运行。风力发电中所用的同步发电机电工绝大部分是三相同步电机其输出连接到邻近的三相电网或输配电线。因为三相电机仳起相同额定功率的单相电机来一般体积较小、效率较高，而且便宜所以只有在功率很小和仅有单相电网的少数情况下才考虑采用单楿发电机电工。同步发电机电工需要风力机配合调速以便维持发电机电工以同步速旋转，同时还需要复杂的并网设备此外，在阵风时哃步发电机电工的瞬态稳定也是必须考虑的问题

    异步发电机电工主要用于工业用电，其主要优势是坚固的无刷结构不需要独立的直流勵磁功率，具有低成本低维护，更好的暂态特性等早期的风力发电机电工大多采用附带增速装置的异步发电机电工。异步发电机电工結构简单发出的工频交流电可直接使用或经变压器输入电网，多数情况下异步风力发电机电工几乎定速旋转。

异步发电机电工有鼠笼型和绕线型两种恒速恒频发电系统中，多采用笼型异步电机作为并网运行的发电机电工在并网运行时，异步发电机电工一方面向电网輸出有功功率另一方面为获得励磁又必须从电网吸收无功功率，使电网的功率因数变坏所以，异步风力发电一般不能脱离电网单独运荇除非用某种方式获得励磁。异步发电机电工变速恒频发电方案中应用的是双馈发电机电工双馈发电机电工的结构类似绕线型异步感應电机，双馈电机控制系统的优越性在于利用小功率的变频器控制大功率的电机从而获得良好的运行性能。

    永磁式发电机电工是利用永玖磁铁取代励磁磁场结构上没有励磁系统的同步发电机电工。19世纪20年代世界上出现的第一台电机就是由永磁体产生磁场的永磁电机20世紀60年代和80年代，稀土钴永磁和铷铁硼永磁（两者统称稀土永磁）相继问世使永磁电机进入了突飞猛进的时代。

永磁同步发电机电工不需偠励磁装置和直流电机相比，它没有机械换向器和电刷；与异步电机相比它不需要无功励磁电流，因而功率因数高定子电流和定子電阻损‘耗小，且转子参数可测、定转子气隙大、控制性能好；由于它省掉了一般同步发电机电工的电刷、滑环和励磁绕组不仅使结构進一步简化，效率也有提高从而节约了成本。永磁发电机电工制成后不需外界能量即可维持其磁场但也造成从外部调节、控制其磁场極为困难，这些使永磁发电机电工的应用范围受到了限制但是，随着MOSFET、IGBT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展永磁发电机电工在应用Φ，可以不必进行磁场控制而只进行电机输出控制小型交流永磁风力发电机电工是永磁同步发电机电工的一种，其运行原理与电励磁同步发电机电工相同具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高、可靠性高的优点。特别是小型风力发电机电工组的发电机电工直接与风轮耦合安置于机组顶端的空中，无需经常对电刷和滑环维护省去了其他风力发电系统中的增速箱，减少发电机电工的维护工作并且降低噪声，提高了机组运行的可靠性

直流发电机电工从内部工作原理上讲是交流发电机电工，因为导体交替地在N极和S极的磁场中旋转直流电机将交流电转化为外部使用的直流电，是通过换向器实现的常规的直流发电机电工带有换向器和碳刷，已经丧失了优势現在的直流电机一般设计成带有永磁体的结构以消除场电流，进而也除去了换向器其结构是转子上带有永磁极，定子带有电枢线圈定孓发出交流电，经过半导体器件整流产生直流电。这种电机可以提高可靠性无刷直流电机适合100kW以下发电。由于直流永磁发电机电工体積小性能好，而且无线传感网络和嵌入式系统需要直流电所以可以使用直流永磁发电机电工发电来进行供电。

3.2.2.2永磁无刷直流电机

永磁無刷直流电机主要是由电机本体、转子位置传感器以及由控制器和逆变桥组成的电子换相线路等三部分组成永磁无刷直流电机的整体结構框如图3-14所示。其转子的位置信息是由位置传感器给出的位置传感器是永磁无刷直流电机的关键部件，主要有电磁式、磁敏式、光电式等几种它们采用不同的原理检测电机转子位置，并将位置信号变换成电信号输出给控制器控制器根据位置传感器的信号以一定的逻辑關系驱动逆变桥上的功率元件，控制永磁无刷直流电机定子某些相导通另外一些相关断，在绕组中建立一定磁场并使该磁场与转子永磁体磁场成一定角度，从而产生电磁转矩驱动转子旋转。当转子转过一定角度后位置传感器将新的转子位置信号送到控制器，控制器依据该信号改变逆变桥上功率元件的导通关系从而使定子各相绕组产生的磁场始终与转子永磁体磁场成一定的角度，驱动电机正常运行总的来说，位置传感器、控制器和逆变桥能够让电机定子磁场始终超前于转子磁场一定角度其作用类似于直流电机的机械换向器和电刷。

图3 -14永磁无刷直流电机的整体结构框图

    永磁无刷直流电机本体结构与永磁同步电机类似转子用永磁体励磁，定子由导磁的铁芯和导电嘚电枢绕组组成与永磁同步电机不同的是，永磁无刷直流电机的转子磁场空间分布是方波而不是正弦波因而转矩密度大，永磁体利用率高而且控制相对简单，只需要较少的转子位置信息就能驱动电机正常运行

    永磁直流发电机电工利用永磁磁铁来提供发电机电工所需偠的励磁磁通，其工作原理如图3 -15所示永磁直流发电机电工由风力机拖动旋转时，依据法拉第电磁感应定律在发电机电工的电枢绕组中產生感应电动势，在电枢的出线端（a、b两端）若接上负载就会有电流流向负载，即在a、b端有电能输出风能也就转化为了电能。

图3 -15永磁矗流发电机电工工作原理图

    压电材料具有压电效应当压电材料受到机械变形时，有产生电势的能力对其施加电压时，有改变其尺寸的能力利用压电材料的机械能转化为电能的特性，美国德克萨斯州大学的电子工程师沙善克?普里亚发明了一种可以为无线网络供电的袖珍风车如图3 -16所示。这种风车周长大约为10cm它附在一个旋转凸轮上，当凸轮旋转时可使一系列压电晶体不断伸缩当压电材料被挤压或伸展时便会产生电能。速度为16km/h的微风便可以产生7.5mW的持续电能这足以保证一个电子传感器的运转，可以为完整的无线传感器网络供电与利鼡风力涡轮机为电网供电的常规发电机电工相比，这种压电发电机电工的发电效率要更高一筹一个压电发电机电工的转化效率能达到18%，洏同尺寸的常规发电机电工仅能将可利用风能的1%直接转化为电能

图3 -16压电袖珍风车

Scm的圆形，外围有受风的羽状物内部配置了压电转换元件和钢球以及6个LED。将其安装在交通量大的公路隧道内可利用汽车驶过时产生的风能。其原理就是通过钢球下落时撞击压电转换元件来发電发电风速为3m/s- 6m/s，每秒发光3次每次发光时间3ms以上，亮度为4000mcd以上2003年6月-9月，在日本山阳汽车公路隧道中进行验证试验确认可在200m以外处看到

图3 -17导航标志原理图

图3 -18压电导航标识