1. 前 言

      近年因地球升溫問題嚴重，無CO2排放的自然能源的充分利用引人注目。作為自然能源，一般為太陽能與風能。全世界都在興建風力發電廠并不斷擴大輸出功率，可望在今后的系統供電中發揮作用。在此背景下，“明電”公司開發了用于風力發電的永磁發電機。2009年1號機組已制造出廠。本文闡述了PMG的結構、特點，并對開發中有關研討、驗證的事項予以介紹。

      2. 風力發電用PMG的結構和特點圖1所示

      為開發的風力發電用PMG外觀，圖2為其結構斷面，額定參數列于表1。本PMG因與風輪直接連接，是與風輪轉速一致的低速旋轉發電機。風輪與發電機轉子的負荷重量由共用的一個軸承支撐，采用了這種單軸承的結構。定子的鐵芯和線圈安裝在圓筒形的機座內，機座的外表面設有冷卻風扇，為外殼表面冷卻結構。轉子是在圓筒形的輪輻表面裝有永磁鐵的單純結構，因沒有勵磁線圈，故無需供轉子勵磁電流用的滑環和電刷，維護簡單方便。如上所述，本PMG因與風輪直接連接，不設增速機構，沒有機械噪音源的增速齒輪傳動，故對降噪方面也是有利的。 圖1 風力發電機用PMG外觀多磁極的三相PMG，與風輪轉速一致的低速發電機，能與風輪直接連接運轉，故無需增速機構。表1 風力發電用PMG的額定參數 圖2 風力PMG的結構斷面圖 定子鐵芯和線圈配置在機座內，永磁體安裝于轉子表面。是利用機座表面的冷卻風扇進行冷卻的外殼冷卻結構。

      3 PMG開發中的研討與驗證

      3.1 磁鐵的選擇 (1)不可逆退磁本PMG采用了釹鐵硼(NdFeB)系的永磁體。永磁體的處理應避免不允許的退磁現象。對于永磁體來說，有可逆的退磁和不可逆的退磁，特別是因風力發電機是設置在塔桿上，在其運行期間，不得出現不可逆的退磁現象。作為引起不可逆退磁的重要原因是:由于磁鐵暴露于高溫下導致的退磁以及由外部磁場導致的退磁。前者是在負荷運轉時電機內部及磁鐵本身的溫度上升造成的;后者則是起因于短路事故時的短路電流引起反向磁場造成的。 (2)對退磁的討論與對策 PMG在短路事故時，要求具有充分的耐受強度，而且起因于短路電流的反向磁場不允許產生退磁。對于磁鐵的磁化特性來說，在某一磁場強度下存在急劇彎曲的拐點，這被稱之為居里點(即當溫度高于此點時，順磁體的分子磁力消失)。當反向磁場強度超過這一居里點時，磁鐵則產生不可逆退磁。圖3所示PMG短路時的反磁場，是通過磁場分析求出。我們選用了高矯頑力的釹鐵硼磁體，即使帶負荷運轉時的磁鐵溫度下產生短路，這種磁體具有的居里點也能克服反向磁場的退磁作用。 圖3 三相突發短路時的反磁場藉磁場分析求出瞬間短路時反向磁場的大小，是選定磁體的重要特性。

     3.2 PMG的特性計算藉助FEM(有限元法)磁場分析進行了空載感應電壓、三相短路電流、電感等PMG的特性計算。負載特性由式(1)～式(4)等值電路方程式求得。