永磁同步風力發(fā)電機的原理和前景 　　我國風能資源非常豐富，可開發(fā)的風能潛力巨大。根據(jù)相關資料顯示，我國陸地風能資源可開發(fā)量大約有23.8億千瓦，海上風能資源可開發(fā)量約2億千瓦。我國風能資源比較集中，“三北”地區(qū)（華北、東北和西北）以及東南沿海地區(qū)、沿海島嶼潛在風能資源開發(fā)量約占全國的80%.風能資源與煤炭資源的地理分布具有較高的重合度，與電力負荷則呈逆向分布。 “十三五”時期，我國風力發(fā)電機裝機容量占發(fā)電機總容量比例將進一步加大，出于電網(wǎng)考慮，風力發(fā)電機組必須在“低電壓穿越”保障下“御風而行”。根據(jù) 發(fā)改委能源研究所有關人士透露，2020年陸地風電的成本將與煤電持平，之后風電將逐步脫離 補貼，“降低成本”也成為風電行業(yè)未來發(fā)展面臨的新的“瓶頸”。揚州市引江發(fā)電設備有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步風力發(fā)電機，實現(xiàn)了發(fā)電機低成本制造，使機組極易實現(xiàn)低電壓穿越，在國內處于技術領先水平。 永磁同步風力發(fā)電機由于機械損耗小、運行效率高、維護成本低等優(yōu)點成為繼雙饋感應風電機組之后的又一重要風力發(fā)電機型受到社會廣泛關注，并逐漸開始投入使用。永磁同步風力發(fā)電機主要由風力機、永磁同步發(fā)動機、變頻器和變壓器組成。 （1）基本原理 永磁同步風力發(fā)電的基本原理，就是利用風力帶動風力機葉片旋轉，拖動永磁同步發(fā)電機的轉子旋轉，實現(xiàn)發(fā)電。永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)和籠型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)類似，只是所采用的發(fā)電機為永磁式發(fā)電機，轉子為永磁式結構，不需外部提供勵磁電源，提高了效率。它的變頻恒速控制是在定子回路中實現(xiàn)的，把永磁同步發(fā)電機的變頻的交流電通過變頻器轉變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻的交流電，實現(xiàn)風力發(fā)電的并網(wǎng)，因此變頻器的容量與系統(tǒng)的額定容量相同。 （2）技術特點 隨著科學技術的發(fā)展和更新，由于永磁材料性能和電力電子裝置的改善，永磁同步發(fā)電機已變得越來越具吸引力了。 采用永磁同步發(fā)電機的風力發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點：1）永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)不需要勵磁裝置，具有重量輕、效率高、功率因數(shù)高、可靠性好等優(yōu)點；2）變速運行范圍寬，即可超同步運行也可以亞同步運行；3）轉子無勵磁繞組，磁極結構簡單、變頻器容量小，可以做成多極電機；4）同步轉速降低，使風輪機和永磁發(fā)電機可直接耦合，省去了風力發(fā)電系統(tǒng)中的齒輪增速箱，減小了發(fā)電機的維護工作并降低噪聲，使直驅永磁風力發(fā)電機系統(tǒng)。 （3）適用場合 1）在電力供應匱乏、交通不便、燃料短缺，但是風力資源豐富的地區(qū)，可以解決部分用電問題，如為高速公路照明設備提供電源等；2）在單機容量比較小的風場，永磁同步發(fā)電系統(tǒng)能夠并網(wǎng)發(fā)電；3）為農(nóng)村、牧區(qū)、邊防哨所、氣象臺站等偏遠、負載較輕的用戶，提供電力。

曲軸的形狀和發(fā)動機的發(fā)火次序 曲軸的形狀及曲柄銷間的相互位置(即曲拐的布置)與沖程數(shù)、氣缸數(shù)、氣缸排列方式(直列或V形等)和各氣缸做功行程發(fā)生的順序(稱為發(fā)火次序或工作順序)有關。曲軸的形狀同時要滿足慣性力的平衡以及發(fā)動機工作平穩(wěn)性的要求。 　　 　　對四沖程發(fā)動機，曲軸每轉兩轉就是一個工作循環(huán)，每個氣缸都發(fā)火做功一次。各缸的發(fā)火間隔時間(用0CA表示)要求均勻。如果發(fā)動機有i個氣缸，則發(fā)火間隔為7200/i0CA，即曲軸每轉7200/i時，就有一個氣缸做功，這樣才會使發(fā)動機的工作平穩(wěn)。下面介紹常用的4缸、6缸和V形8缸發(fā)動機的發(fā)火次序。 　　 　　(1)四沖程直列4缸機，缸數(shù)i=4，發(fā)火間隔為7200/4=1800CA。4個曲柄銷布置在同一平面內，1、4缸的曲柄銷朝上時，2、3缸的朝下，1、4缸與2、3缸相隔1800。這種發(fā)動機可能采用的一種發(fā)火次序。 　　 　　這種發(fā)火次序為1-3-4-2，習慣上以1缸為準，l缸做功后接著是3缸做功，以此類推。這種發(fā)動機的各氣缸，就是按照1-3-4-2的順序循環(huán)，不斷周而復始地工作著。 　　 　　如將上述2、3缸的工作過程互換，則可得到另一種發(fā)火次序。這種互換之所以可能，是因為2、3缸的曲柄銷(即它們的活塞)的位置是相同的。這樣就得到另一種發(fā)火次序，即1-2-4-3。 　　 　　所以，4缸機可能采用兩種發(fā)火次序，即1-3-4-2和1-2-4-3。不過，對某一種具體的發(fā)動機來說，由于發(fā)火次序還與氣門機構的安排等有關，因而是確定而不能變更的。使用一臺發(fā)動機時，必須了解它的發(fā)火次序。 　　 　　1-3-4-2和1-2-4-3兩種發(fā)火次序在工作平穩(wěn)性和主軸承負荷方面，沒有什么區(qū)別。一般柴油機采用前一種。 　　 　　(2)四沖程直列6缸機，發(fā)火間隔為7200CA/6=1200CA。6個曲柄銷分別布置在3個平面內(每個平面內2個)，各平面間互成1200。曲柄銷的具體布置可有兩種方式。當1、6缸的曲柄銷朝上時，2、5缸的朝左，3、4缸的朝有，其發(fā)火次序是1-5-3-6-2-4。國產(chǎn)6缸機都采用這種曲軸和發(fā)火次序。 　　 　　曲柄銷布置的另一種方式是將上述 種方式的2、5缸分別與3、4缸互換。這種方式的發(fā)火次序是1-4-2-6-3-5。 　　 　　當然，上述兩種6缸機的曲軸還可能采用其他的發(fā)火次序，但由于在實際發(fā)動機上幾乎沒有應用，因而不作介紹。 　　 　　按發(fā)火次序看，前后兩個氣缸的做功行程有600是重疊的，這種現(xiàn)象是容易理解的。因為各氣缸間做功行程的間隔是1200，而每個氣缸的做功行程本身都是1800，就必然有600互相重疊。在這個600中，兩個氣缸都在做功，前一個氣缸做功末完，后一個氣缸的做功已開始了。這種做功行程重疊的觀象對發(fā)動機的工作平穩(wěn)性是有利的。 　　 　　(3)四沖程8缸機，大多將氣缸排列成雙列V形(兩列氣缸中心線的夾角常取900)。氣缸數(shù)i=8，其發(fā)火間隔為7200CA/8=900CA。這種發(fā)動機左右兩列氣缸中相對的一對連桿共裝在一個曲柄銷上，所以V形8缸機只有4個曲柄銷。通常將4個曲柄銷布置在兩個互成900的平面內。 　　 　　V形8缸機常用的發(fā)火次序為1-5-4-2-6-3-7-8。

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