600kW125kW风力发电机的优化设计

核心提示：　　冷却电机温升的影响。：风力发电机风摩耗表面冷却风礞温升1前亩的方式，试制时采用钢板滚圃焊接结构，机座外圆焊有由钢板弯成的内部有通风道的冷却筋。内风路冷却风流经线圈端部、气隙及转子通风孔、冷却筋内部

　　冷却电机温升的影响。：风力发电机风摩耗表面冷却风礞温升1前亩的方式，试制时采用钢板滚圃焊接结构，机座外圆焊有由钢板弯成的内部有通风道的冷却筋。内风路冷却风流经线圈端部、气隙及转子通风孔、冷却筋内部风孔形成回路，外风路冷却风流经冷却筋外表面。

　　发电机试制完成后，经试验各项性能指标达到用户要求。但与进口电机相比，效率略低。为达到完全取代进口电机的目的，开始了对发电机的优化设计。

　　2优化过程分析发电机的各项损耗试验值可看出，发电机风摩耗为7.4kW，比进口电机的3.9kW增加了3.5kW.这是导致发电机效率偏低的一个重要因素。发电机的散热要依靠其内、外风扇产生的冷却风。风量大、风速高对进一步降低发电机温升有好处，但这导致冷却风扇尺寸过大，进而增大了发电机的风摩耗，使发电机效率降低。如何恰当地确定风扇尺寸，使发电机的风摩耗能控制在较低水平而又能保证其温升符合要求，这需要经过详细的发热计算才能做到。为此采用表面冷却电机的发热计算程序对发电机的风扇尺寸、风扇损耗、风量数据、定子线圈温升、转子铜排温升的数据进行了分析计算。

　　首先，分析内、外风扇尺寸变化时上述几项数据的相应变化，此时外风扇固定在某一尺寸不变。在内风扇宽度不变时，改变其直径，经发热程序计算得到以下一组数据：内风直径（）内风损耗（w）内风路风量（mVB）定子线H温升（K）转子铜排温升（K）从以上计算数据可看出，内风路的风量变化对发电机的温升影响是极小的。内风路的风摩耗从4810W减小到2096W，使得内风路风量从1.52m3/S降到l.OmVs，而定子温升仅上升1K.这看似难以理解，仔细分析就可发现这完全是由发电机的冷却方式决定冷却筋中风速（m/s）发电机定子线圈温升（K）风扇I1197风扇n299的。对带集中冷却器的电机，电机的全部热量几乎全由内风扇产生的冷却风量带至冷却器的冷却管，在这种情况下内风路的冷却风量是至关重要的，而对表面冷却的电机而言，大部分热量通过定子铁心外圆与机座内圆的配合面直接传递到机座表面的冷却筋上，一部分热量通过电机内部的热空气传递到机座或端盖外面的冷却筋上，内风路空气的流动更大的作用是使内部各点的空气温度趋于接近，以避免局部过热的情况。

　　为了验证内风路风量时对发电机温升的影响，做对比试验如下：保持外风扇不变，调换不同尺寸的内风扇分别测量此时内风路风量及定子线圈温升。测内风路风量的方法是这样的：在内部有风道的冷却筋上钻*6的孔，用测量探头伸进孔内测量风速，则风速的对比值即为风量的对比值。实测结果如下：由此可看出，在内风量增加5倍的情况下，发电机温升仅增加2K，这与计算情况是基本吻合的。

　　接下来分析外风扇尺寸及外风量变化时外风扇损耗、定子线圈温升、转子导条温升的变化。此时内风扇尺寸保持不变，在外风扇宽度不变的情况下改变其外径，经发热计算程序算得到以下数据：外风扇直径（mm）外风扇损耗（W）外风路风量（mVs）定子线圈温升（K）转子铜排温升（K）从这组数据可以看出，外风扇的风量变化对发电机的温升影响是比较明显的。当外风扇直径从640mm变到610mm时，风摩耗降低850W，风量减小0.14m3/s，定子温升增加1.3K；而外风扇直径从550mm变到520mm时，风摩耗降低545W，风量减小0.13m3/s，此时定子线圈温升增加了2.1K，由此可看出，随外风扇风量的逐步减小，定子线圈的温升上升速度加快，而且降低外风扇风摩耗的效果也逐步变小。

　　由上述分析计算可得出以下结论：优化发电机效率，减小风摩耗的正确方法应当尽量缩小内风扇尺寸，而外风扇尺寸则必须控制在恰数值，这样才不至于在减小风摩耗的同时发电机温升上升过多。

　　经反复计算后，最终确定了发电机内、外风扇的优化尺寸，风扇采取低损耗的后倾叶片式设计。经试验验证，优化后的发电机风摩耗由原来的7.4kW降至3.85kW，达到进口电机的水平，而且发电机温升远低于进口电机，取得了让用户满意的效果。