永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理和前景 　　我國(guó)風(fēng)能資源非常豐富，可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能潛力巨大。根據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)陸地風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)量大約有23.8億千瓦，海上風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)量約2億千瓦。我國(guó)風(fēng)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(fēng)能資源開(kāi)發(fā)量約占全國(guó)的80%.風(fēng)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(fù)荷則呈逆向分布。 “十三五”時(shí)期，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量占發(fā)電機(jī)總?cè)萘勘壤龑⑦M(jìn)一步加大，出于電網(wǎng)考慮，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須在“低電壓穿越”保障下“御風(fēng)而行”。根據(jù) 發(fā)改委能源研究所有關(guān)人士透露，2020年陸地風(fēng)電的成本將與煤電持平，之后風(fēng)電將逐步脫離 補(bǔ)貼，“降低成本”也成為風(fēng)電行業(yè)未來(lái)發(fā)展面臨的新的“瓶頸”。揚(yáng)州市引江發(fā)電設(shè)備有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)低成本制造，使機(jī)組極易實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，在國(guó)內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先水平。 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于機(jī)械損耗小、運(yùn)行效率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)成為繼雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組之后的又一重要風(fēng)力發(fā)電機(jī)型受到社會(huì)廣泛關(guān)注，并逐漸開(kāi)始投入使用。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)動(dòng)機(jī)、變頻器和變壓器組成。 （1）基本原理 永磁同步風(fēng)力發(fā)電的基本原理，就是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和籠型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類似，只是所采用的發(fā)電機(jī)為永磁式發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，不需外部提供勵(lì)磁電源，提高了效率。它的變頻恒速控制是在定子回路中實(shí)現(xiàn)的，把永磁同步發(fā)電機(jī)的變頻的交流電通過(guò)變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻的交流電，實(shí)現(xiàn)風(fēng)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(shù)特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)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(jī)已變得越來(lái)越具吸引力了。 采用永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1）永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不需要?jiǎng)?lì)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(diǎn)；2）變速運(yùn)行范圍寬，即可超同步運(yùn)行也可以亞同步運(yùn)行；3）轉(zhuǎn)子無(wú)勵(lì)磁繞組，磁極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、變頻器容量小，可以做成多極電機(jī)；4）同步轉(zhuǎn)速降低，使風(fēng)輪機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)可直接耦合，省去了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的齒輪增速箱，減小了發(fā)電機(jī)的維護(hù)工作并降低噪聲，使直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。 （3）適用場(chǎng)合 1）在電力供應(yīng)匱乏、交通不便、燃料短缺，但是風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，可以解決部分用電問(wèn)題，如為高速公路照明設(shè)備提供電源等；2）在單機(jī)容量比較小的風(fēng)場(chǎng)，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(tái)站等偏遠(yuǎn)、負(fù)載較輕的用戶，提供電力。

發(fā)電機(jī)無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)之所以應(yīng)用較廣是因?yàn)檫@個(gè)原因 無(wú)觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng) 無(wú)觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)是通過(guò)觸發(fā)線圈（傳感器）獲取觸發(fā)電流的，通過(guò)控制晶體管或晶閘管來(lái)控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的通斷，使次級(jí)線圈產(chǎn)生高電壓。無(wú)觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)又稱為磁電機(jī)半導(dǎo)體點(diǎn)火系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱PEI。無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)無(wú)需保養(yǎng)，成本不高，技術(shù)上也不復(fù)雜，所以應(yīng)用較廣。現(xiàn)在的小型柴油機(jī)幾乎全部都使用這種無(wú)觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)。 無(wú)觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)按照點(diǎn)火能量?jī)?chǔ)存方式的不同，可分為電感式和電容式兩種。目前，在小型柴油機(jī)（摩托車和柴油發(fā)電機(jī)組）上廣泛使用的是電容式。電容式點(diǎn)火系統(tǒng)是以磁電機(jī)為電源，將點(diǎn)火能量?jī)?chǔ)存在電容器中的點(diǎn)火系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CDT點(diǎn)火系統(tǒng)。根據(jù)觸發(fā)線圈結(jié)構(gòu)形式的不同，CDT點(diǎn)火系統(tǒng)又分為帶觸發(fā)線圈的CDI點(diǎn)火系統(tǒng)和不帶觸發(fā)線圈的CDI點(diǎn)火系統(tǒng)。下面以帶觸發(fā)線圈的CDT點(diǎn)火系統(tǒng)為例講解無(wú)觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理。 電容放電無(wú)觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)主要由磁電機(jī)、電子點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成。 （1）電機(jī) 磁電機(jī)是永磁交流發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)稱，它是點(diǎn)火系統(tǒng)和其他用電設(shè)備的電源。磁電機(jī)是借 磁鐵轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)時(shí)，使固定在定子上的線圈切割磁力線而發(fā)電。根據(jù)轉(zhuǎn)子和定子的相互位置，磁電機(jī)可分為如下兩種類型：內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁電機(jī)和外轉(zhuǎn)子電機(jī)。 摩托車和機(jī)組等用的磁電機(jī)轉(zhuǎn)子常與飛輪做成一體。常用的四極外轉(zhuǎn)子裝在飛輪內(nèi)，在飛輪上固定四塊尺寸、形狀相同，用鐵氧體材料制成的磁鐵，并沿徑向充磁，相鄰磁鐵的極性相反。飛輪體為導(dǎo)磁良好的低碳鋼，是磁路的組成部分。 在作為定子的底板上固定著充電線圈、觸發(fā)線圈和信號(hào)、照明線圈等。充電線圈向點(diǎn)火系統(tǒng)電子點(diǎn)火器中儲(chǔ)能電容器充電。觸發(fā)線圈輸出觸發(fā)脈沖送出點(diǎn)火信號(hào)。信號(hào)、照明線圈分別向摩托車信號(hào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)供電。 四極外轉(zhuǎn)子磁電機(jī)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180°，穿過(guò)定子線圈鐵芯的磁通和產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化一個(gè)周期。也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，線圈上的磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化兩個(gè)周期。 （2）電子點(diǎn)火器 電子點(diǎn)火器的全部電子元件通常都封裝在一起。其工作過(guò)程可分三個(gè)階段：充電、觸發(fā)和放電。 ①充電 充電線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是正、負(fù)交變的。當(dāng)其電動(dòng)勢(shì)在圖示的上端為正時(shí)，經(jīng)二極管向儲(chǔ)能電容器充電到所需的點(diǎn)火電能。在充電回路中，點(diǎn)火線圈的匝數(shù)少，電感不大，它對(duì)電容器充電沒(méi)有明顯的影響。 磁電機(jī)在低速段，隨著轉(zhuǎn)速的升高，充電線圈的電動(dòng)勢(shì)增大，電容器上的端電壓迅速上升。在高速段，雖充電線圈電動(dòng)勢(shì)繼續(xù)增大，但由于充電時(shí)間縮短和充電線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)增加，電容器上的端電壓反而下降，這對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的高速性能不利。 采用小容量的電容器可提高點(diǎn)火系統(tǒng)的高速性能。因?yàn)殡娙萜鞯某潆姇r(shí)間常數(shù)與電容器的容量成正比。減小電容量，可以減小充電時(shí)間常數(shù)，加快電容器的充電，電容器端電壓得以。當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，則充電線圈搭鐵，電容器不能充電，點(diǎn)火系統(tǒng)停止工作。 ②觸發(fā) 來(lái)自觸發(fā)線圈上的電子點(diǎn)火器的觸發(fā)信號(hào)通過(guò)由觸發(fā)線圈電動(dòng)勢(shì)的正端一二極管VD2一限流電阻R1—R2、C2組成的高通濾波器（使觸發(fā)電流更陡一些）一曰日日閘管SCR控制極（和R3）一觸發(fā)線圈電動(dòng)勢(shì)的負(fù)端的觸發(fā)電流，使晶閘管SCR導(dǎo)通。限流電阻R1的作用是限制觸發(fā)電流，使其不超過(guò)晶閘管的允許值。分流電阻R3用以調(diào)整并穩(wěn)定觸發(fā)電流。二極管VD2阻止觸發(fā)線圈L4的負(fù)脈沖加于晶閘管SCR控制極上。為滿足柴油機(jī)在啟動(dòng)等低速時(shí)的點(diǎn)火要求，觸發(fā)線圈L4的匝數(shù)較多。 ③放電 晶閘管SCR觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電容器上的電能經(jīng)晶閘管SCR陽(yáng)極、陰極向點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組Ll迅速放電，點(diǎn)火線圈鐵芯磁通迅速變化，在次級(jí)繞組上感應(yīng)出使火花塞產(chǎn)生電火花的高壓。 點(diǎn)火提前角由飛輪、曲軸及充電線圈、觸發(fā)線圈的相互安裝位置決定。對(duì)四極外轉(zhuǎn)子式磁電機(jī)而言，飛輪旋轉(zhuǎn)一周，充電線圈、觸發(fā)線圈產(chǎn)生兩次正脈沖，電容完成充、放電兩個(gè)循環(huán)，晶閘管導(dǎo)通兩次，火花塞跳火兩次。對(duì)于二沖程柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，有一次是多余的，但沒(méi)有壞處，因?yàn)樗前l(fā)生在排氣沖程。但對(duì)四沖程柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，則產(chǎn)生4次點(diǎn)火，有3次是多余的，這些多余的跳火會(huì)影響柴油機(jī)的正常工作。為此，常在飛輪外邊緣安裝單獨(dú)的觸發(fā)線圈的磁鐵，使觸發(fā)線圈在飛輪旋轉(zhuǎn)一圈中產(chǎn)生一個(gè)脈沖，火花塞只跳火一次。 電容放電式點(diǎn)火系統(tǒng)能產(chǎn)生快速上升的高電壓；能有效地抑制高壓點(diǎn)火電路中諸如火花塞積炭污染出現(xiàn)的電氣故障；在高轉(zhuǎn)速，觸發(fā)脈沖電壓升高，晶閘管控制極觸發(fā)電壓提前到達(dá)，晶閘管提前導(dǎo)通，點(diǎn)火可自動(dòng)提前，這使電容放電式點(diǎn)火系統(tǒng)在高速范圍能產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)儲(chǔ)能量，增大點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量。其主要缺點(diǎn)是電壓上升快產(chǎn)生過(guò)大的無(wú)線電干擾；放電時(shí)間短，火花持續(xù)僅0.1~0.3ms，不能保證混合氣特別是稀混合氣的完全燃燒，不但增加了有害氣體的排放量，而且惡化了燃油經(jīng)濟(jì)性，所以其使用范圍受到較大限制。