風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)計理念

風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)計理念系統(tǒng)效率問題風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的風(fēng)能利用效率對風(fēng)力發(fā)電機組的系統(tǒng)效率起著決定性作用。由風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)效率公式n系=n轉(zhuǎn)-n控?n逆?n電?n蓄可知，系統(tǒng)效率除與風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的氣動效率有關(guān)外，還與發(fā)電機效率、控制器效率、逆變器效率、蓄電池的充電效益有關(guān)。要大幅度提高后者的效率值，不但技術(shù)難度大，而且經(jīng)濟上不可取。水平式風(fēng)力發(fā)電機最大風(fēng)能利用系數(shù)理論值為0.593。市場上現(xiàn)有的微小型風(fēng)力發(fā)電機CP值為0.25?0.35，與最大值0.593還有很大差距，仍有很大的潛力可挖。利用最新的二維機翼在大功角時風(fēng)洞試驗的研究成果，借鑒大、中型風(fēng)力發(fā)電機現(xiàn)有技術(shù)成果。根據(jù)風(fēng)力機既具有外流機翼特性，又具有內(nèi)流葉輪的工作特點。采用先進的設(shè)計手段、設(shè)計方法和優(yōu)化技術(shù)以及采用新材料、新技術(shù)、新工藝等綜合手段來提高風(fēng)輪轉(zhuǎn)子風(fēng)能利用系數(shù)，使之達(dá)到中型風(fēng)力發(fā)電機的CP值為0.42的水平。從而降低單位每百瓦發(fā)電量的材料消耗量，同時減少了重量和體積，為新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。安裝，維護問題一般使用離網(wǎng)型獨立運行的微小型風(fēng)力發(fā)電機組的用戶往往地處交通不便，無常規(guī)能源輸送的邊遠(yuǎn)地區(qū)、深山、草原牧區(qū)、邊防哨所、微波站以及沿海海島、航標(biāo)燈站等等。受材料采購困難，配件供應(yīng)不暢和維護技術(shù)等因素的限制。我們的設(shè)計目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機成為一種安裝方便、免維護、保護功能完善的傻瓜型產(chǎn)品。成本問題據(jù)統(tǒng)計，到目前為止，我國尚有7656萬無電人口、16個無電縣、828個無電鄉(xiāng)和29783無電鄉(xiāng)村，它們地處交通不便，無常規(guī)能源供應(yīng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)、深山、沿海島嶼。那里經(jīng)濟、文化較為落后，收入較低，但當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能、太陽能資源往往較為豐富。如果能提供一種物美價廉、可靠性高的風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)品，對解決他們的日常生活用電，豐富他們的文化生活無疑是一大福音。另外，沿海近海的灘涂養(yǎng)殖場、內(nèi)陸湖泊漁民、沿海地區(qū)居民等，雖然該地區(qū)經(jīng)濟較為發(fā)達(dá)，且有常規(guī)能源供應(yīng)，如果能提供一種性價比高、投資回收期短、外觀美的風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)品，則能為風(fēng)力發(fā)電機的推廣普及創(chuàng)造良好條件。這樣，就能減輕日趨緊張的城市電網(wǎng)的供電壓力。用風(fēng)能替代一部分使用石化燃料發(fā)電的電能，既符合我國能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，又減少了對地球不可再生資源的開采和對大氣環(huán)境的污染。我們的設(shè)計目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機成為人人用得起，個個用得好的優(yōu)秀產(chǎn)品。振動和噪音問題微小型風(fēng)力機往往安裝在住宅的附近、樓頂、花園、停車場、高速公路燈上，要求振動小、噪音低。如果風(fēng)力發(fā)電機噪音大，會嚴(yán)重干擾居民的日常正常生活；如果風(fēng)力發(fā)電機振動大，易造成緊固件脫松和材料的疲勞損壞，對的人身、財產(chǎn)安全構(gòu)成極大的危害。我們的設(shè)計目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機在正常運行時達(dá)到近乎無振動、無噪音狀態(tài)，使風(fēng)力發(fā)電真正成為綠色環(huán)保的清潔能源。壽命、可靠性問題風(fēng)力發(fā)電機組由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子、三相永磁交流發(fā)電機、控制器、逆變器、蓄電池組等部件組成。風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的功能：接受風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能；三相永磁交流發(fā)電機的功能：將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；控制器的功能：將三相交流電整流、穩(wěn)壓為電壓恒定的直流電；逆變器的功能：將直流電逆變?yōu)槿?00V50HZ的正弦交流電；蓄電池的功能：儲存電能以供用戶在所需時使用。設(shè)計制造風(fēng)力發(fā)電機涉及的學(xué)科較廣，有材料力學(xué)、空氣動力學(xué)、電機學(xué)、微電子學(xué)、電化學(xué)等學(xué)科，兼之使用者所處的地區(qū)，經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)，文化相對落后，交通運輸不便，無常規(guī)能源供應(yīng)，缺乏必要維修能力。我們的設(shè)計目標(biāo)：使風(fēng)力發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、可靠性高的特點。綜合以上五點所述，新設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)具有風(fēng)能利用系數(shù)高、體積小、重量輕、外觀美、噪音低、振動低、安裝方便、免維護、壽命長、可靠性高、性能價格比高、保護功能齊全的特點。做到人人用得起，個個用得好，為用戶和社會創(chuàng)造良好的經(jīng)濟利益和社會利益。在“敢于開拓，敢于創(chuàng)新；創(chuàng)一流企業(yè)，爭天下第一'的云攀精神激勵下，憑借著'保護人類唯一的賴以生存的地球”信念的支持下，云攀人以顧客為關(guān)注的焦點；以市場為導(dǎo)向；以保護地球，匹夫有責(zé)為己任；時刻牢記“光明使者”的重任，通過對現(xiàn)有市場上的微小型風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)、使用狀況和顧客呼聲、愿望、抱怨、投訴進行充分的市場調(diào)查，并對收集的資料進行科學(xué)的匯總、分類、統(tǒng)計分析，找出其優(yōu)點和存在缺陷。針對傳統(tǒng)小型風(fēng)力發(fā)電機組存在的問題，我們第一步設(shè)想：利用大、中型風(fēng)力機槳葉失速控制技術(shù)移植到微小型風(fēng)力機中，同時利用發(fā)電機的飽和特性來替代微小型風(fēng)力機的偏側(cè)調(diào)速機構(gòu)，以達(dá)到限制轉(zhuǎn)速、限制功率的目的。從而將原有的三個轉(zhuǎn)動部件（對風(fēng)裝置，發(fā)電裝置，偏側(cè)調(diào)速限功裝置）減少為二個。第二步：采用組合葉素理論和動量理論，利用二維機翼在大功角下的風(fēng)洞試驗研究結(jié)果，修正大攻角失速后的空氣動力學(xué)數(shù)據(jù)，考慮了軸向和切向誘導(dǎo)速度沿軸向的變化，計及了葉尖損失、風(fēng)切變、尾流等影響風(fēng)力機效率的因素來設(shè)計失速葉片的氣動外形和結(jié)構(gòu)，在制造過程中選用高強度工程塑料，采用精密注射工藝成型。在確保葉片強度、剛度、疲勞壽命前提下解決成本與性能問題。同時利用“錐角效應(yīng)”解決葉片振動、噪音問題。第三步，將電動機的碳刷、滑環(huán)機構(gòu)移植到微小型風(fēng)力機中，解決電纜纏繞問題。第四步，制造一個集整流、穩(wěn)壓、報警、指示、蓄電池保護功能于一身的控制器，解決蓄電池欠壓、過充問題，從而延長蓄電池的壽命。第五步，制造一個智能型正弦波逆變器，并具有過載、短路自動保護功能，解決常規(guī)逆變器的帶感性負(fù)載時易產(chǎn)生運轉(zhuǎn)噪音、效率低、壽命短和可靠性差的問題。第六步，借鑒電器接插件結(jié)構(gòu)形式設(shè)計電連接器解決發(fā)電機與控制器連接的隱患問題；利用密封膠解決電機密封問題；利用多種防松方法，如防松膠、轉(zhuǎn)向與螺紋旋向相反自緊的原理、非金屬嵌件鎖緊螺母等多種形式解決緊固件松動問題。為實現(xiàn)我們制訂的目標(biāo)，云攀人經(jīng)過不懈努力、屢敗屢戰(zhàn)、精益求精，皇天不負(fù)有心人，終于變美夢成真。集微電子技術(shù)、永磁電機技術(shù)、計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)、空氣動力學(xué)技術(shù)于一身的具有高科技含量、最新一代的風(fēng)力發(fā)電機組橫空出世?？刂破魈攸c采用鋁合金擠壓成型的外殼，外形美觀，兼起散熱器自散熱作用，減少了利用軸流風(fēng)扇進行強迫冷卻而引起附加電能消耗。利用可控硅半控橋式整流，移相穩(wěn)壓控制技術(shù)（或二極管橋式整流，PWN直流斬波控制技術(shù)）制成的整流、穩(wěn)壓電路，其穩(wěn)壓精度高、效率高、電源質(zhì)量好、可靠性高。具有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子發(fā)電指示；三相永磁交流發(fā)電機的充電指示；蓄電池欠壓、過充狀態(tài)指示功能以及蓄電池的欠壓、過充自動保護功能。配備光伏電池組輸入端子。方便用戶將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)擴充為風(fēng)一光互補型風(fēng)電系統(tǒng)。引入切入風(fēng)速控制系統(tǒng)。其工作原理為風(fēng)輪轉(zhuǎn)子起動并連續(xù)旋轉(zhuǎn)后，由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)子維持風(fēng)速低于起動風(fēng)速，在發(fā)電機電壓未達(dá)到蓄電池充電電壓時，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)。一旦達(dá)到充電電壓時，即轉(zhuǎn)換為正常充電工作狀態(tài)。這樣使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子能更有效吸地收風(fēng)能。根據(jù)三相交流發(fā)電機繞組自身特點配以先進吸收電路設(shè)計的制動裝置。一方面確保風(fēng)力發(fā)電機安裝時人員的人身安全，另一方面在臺風(fēng)來臨時保護機組免受損壞。風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的特點1、 選用玻璃纖維增強型工程塑料，經(jīng)精密注射工藝成型的風(fēng)輪葉片，表面噴涂耐侯性能極佳的專用面漆，在確保葉片滿足強度、剛度要求的前提下，減輕了葉片重量。在確保葉片滿足復(fù)雜氣動外形尺寸精度的前提下，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。2、 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機葉輪轉(zhuǎn)子既具有外流機翼類似的特性，又具有開式旋轉(zhuǎn)機械的特點，采用組合葉素理論和動量理論，考慮了軸向和切向誘導(dǎo)速度沿軸向的變化，計及了葉尖損失、尾流損失、風(fēng)切變、尾流與塔架位勢干擾等影響風(fēng)力機效率的因素，利用二維機翼在大功角下風(fēng)洞試驗成果來修正大攻角失速后氣動數(shù)據(jù)以及空氣動力學(xué)的最新研究成果來設(shè)計風(fēng)輪轉(zhuǎn)子葉片的氣動外形和結(jié)構(gòu)，并根據(jù)葉片最佳外形尺寸要求進行優(yōu)化設(shè)計，兼顧起動性能和工作性能兩者之間的關(guān)系，既使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子具有重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小、對風(fēng)速的變化響應(yīng)速度快的特點；同時又使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)換效率高、Cp-l曲線形狀好即曲線平頂范圍較寬。從而降低了起動風(fēng)速，增加了年發(fā)電量。3、 利用“錐角效率”優(yōu)化設(shè)計風(fēng)輪參數(shù)，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子在正常運轉(zhuǎn)時近乎無振動、無噪音。4、 利用失速葉片的失速特性來限速、限功，簡化了結(jié)構(gòu)，減少了零部件的數(shù)量。永磁交流發(fā)電機的特點1、 采用專利技術(shù)的徑向式永磁磁路轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子單位每百瓦稀土永磁材料消耗量低、效率高、比功率大、重量輕、體積小，由于風(fēng)輪轉(zhuǎn)子直接套在發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸上，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子對風(fēng)速變化的響應(yīng)速度快。其轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速最高可達(dá)10000轉(zhuǎn)/分。2、 采用CAD技術(shù)、有限元分析技術(shù)對電機定子進行優(yōu)化設(shè)計，重點是如何降低發(fā)電機的阻轉(zhuǎn)矩，如定子鐵心采用斜槽結(jié)構(gòu)、定子繞組采用分?jǐn)?shù)槽繞組、槽楔采用磁性槽楔、合理選擇定、轉(zhuǎn)子的槽數(shù)和極數(shù)配合。3、 根據(jù)風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的功率——風(fēng)速曲線、轉(zhuǎn)速——風(fēng)速曲線來設(shè)計發(fā)電機功率——轉(zhuǎn)速曲線。使兩者具有良好的匹配特性即在一定風(fēng)速、一定風(fēng)輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的前提下風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的機械功率應(yīng)略大于發(fā)電機的輸入功率。過大，會出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象，白白浪費風(fēng)能并造成機組年發(fā)電量的下降；過小，會造成風(fēng)輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速突然下降并產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子在偏離最佳葉尖速比狀態(tài)下運行，同樣降低了機組的年發(fā)電量。4、 發(fā)電機的電流一轉(zhuǎn)速曲線形狀好，即能兼顧低、中、高速時發(fā)電機輸出特性。5、 采用IP54全密封防護等級，前、后端蓋止口與機座止口、支承座止口接合處，采用密封膠密封。前端蓋與葉片連接法蘭接合外，采用新型防水結(jié)構(gòu)，避免風(fēng)沙、雨水、雪水入侵。6、 采用寬系列橡膠雙密封非接觸式進口軸承，使發(fā)電機在-30C°~+50C°X作環(huán)境下可靠使用。7、 連接件、緊固件全部采用不銹鋼材料，并采用厭氧膠進行防松處理。突破傳統(tǒng)界限，創(chuàng)造一個新時代綜合利用電機技術(shù)、電力電子技術(shù)、微機技術(shù)、空氣動力學(xué)技術(shù)等綜合技術(shù)創(chuàng)造出一個近乎完美的小型風(fēng)力發(fā)電機組。其特點：體積小、重量輕、外形美觀；起動風(fēng)速低、系統(tǒng)效率高、設(shè)備利用率高；正常運行接近無振動、無噪音，真正的綠色環(huán)保、清潔能源；無電纜纏繞的煩惱；結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便；壽命長，可靠性高；智能型正弦波逆變器，具有過載、短路自動保護功能；欠壓、過充保護功能；風(fēng)一光互補混合型控制器，集整流、穩(wěn)壓、指示、自動保護功能于一身；高效永磁風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計本公司發(fā)電機分公司是專業(yè)生產(chǎn)風(fēng)力用永磁交流發(fā)電機的專業(yè)廠家。永磁式發(fā)電機與電勵磁式發(fā)電機的控制原理是不同的，風(fēng)力用電勵磁式的硅整流發(fā)電機是通過調(diào)節(jié)勵磁電流來控制發(fā)電機的輸出電壓，故而實現(xiàn)以控制小電流達(dá)到控制大電流的目的；而永磁式發(fā)電機的整流恒壓是面向主電路的控制，必須面臨直接控制大電流的問題，本公司是通過三相半控整流橋，配合壓控穩(wěn)壓器來控制發(fā)電機的輸出電壓，故而實現(xiàn)以控制微電流達(dá)到控制大電流的目的。永磁式發(fā)電機的控制原理圖如圖1所示。圖一：永磁發(fā)電機控制原理圖風(fēng)力用永磁式發(fā)電機（離網(wǎng)型）使用特點是：應(yīng)用交流發(fā)電機，經(jīng)整流、穩(wěn)壓后向蓄電池充電，要求發(fā)電機中、低速發(fā)電性能好；要求發(fā)電機效率高、重量輕、比功率大；要求發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，壽命長；要求發(fā)電機能適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境；同時要求起動阻轉(zhuǎn)矩低；與風(fēng)輪轉(zhuǎn)子具有良好的匹配性；轉(zhuǎn)速范圍較窄（0?100r/min）（屬富銅型發(fā)電機）。二、風(fēng)力用永磁發(fā)電機具有以下突出的特點：整流、穩(wěn)壓性能方面：利用先進的電力、電子器件和開關(guān)電源技術(shù)制成的一體化高精度整流、穩(wěn)壓裝置，能滿足蓄電池對恒壓充電制的要求。在性能方面：采用新一代高效稀土釹鐵硼材料輔助專利技術(shù)的徑向磁路的永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，無滑環(huán)，無勵磁繞組，定、轉(zhuǎn)子氣隙大，使發(fā)電機具有中、低速發(fā)電性能好，效率高、比功率大的特點，能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的使用場合。在可靠性方面：使用專用的寬系列雙橡膠圈密封進口軸承(內(nèi)含長壽命、耐高溫潤滑脂)；耐溫等級為軍品級的電力、電子器件；絕緣等級為H級的進口漆包線，輔以先進真空沉浸工藝使發(fā)電機具有可靠性高、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、免維護的特點，同時能使發(fā)電機在極惡劣的環(huán)境條件下可靠工作。三、風(fēng)力用永磁發(fā)電機設(shè)計針對風(fēng)力用永磁發(fā)電機的設(shè)計要求特點和實際工作狀態(tài)，如低的起動阻轉(zhuǎn)矩；與風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的匹配性；和處于繼續(xù)工作；輸出越大，冷卻越好等，對該發(fā)電機設(shè)計中幾個問題進行一些分析。在介紹風(fēng)力用永磁發(fā)電機設(shè)計時根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機的實際使用情況先介紹一下風(fēng)力發(fā)電機的特殊要求。1.1風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低，額定轉(zhuǎn)速為500r/min左右，故電機的線負(fù)荷較大，屬富銅型發(fā)電機。1.2在定子齒槽設(shè)計時，由于電機電負(fù)荷較高，銅損大，在保證足夠的機械強度及磁通密度下，應(yīng)盡量減少齒寬和軛厚，以擴大槽面積，增大定子繞組的導(dǎo)線面積，降低銅耗，提高發(fā)電機的效率。1.3由于風(fēng)力發(fā)電機要求起動阻轉(zhuǎn)矩小，應(yīng)盡量減少由發(fā)電機齒槽效應(yīng)產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩，使得風(fēng)輪在風(fēng)速較低時，能迅速起動，盡快發(fā)電。應(yīng)采用定子分?jǐn)?shù)槽繞組。1.4由于風(fēng)力機要求發(fā)電機在低風(fēng)速時能夠發(fā)電，而在額定風(fēng)速以上輸出特性盡量軟一些，因此設(shè)計發(fā)電機時應(yīng)盡量使磁路飽和些。1.5希望發(fā)電機P=f(n)在額定點前為二次拋物線關(guān)系，以利用發(fā)電機與風(fēng)力機的匹配，獲得最佳風(fēng)能。方案選擇及結(jié)構(gòu)垂直式直葉片風(fēng)力發(fā)電機組，在小于額定風(fēng)速，實現(xiàn)輸出電壓隨風(fēng)速變化而變化。在大于額定風(fēng)速，保持風(fēng)力發(fā)電機的輸出電壓恒定，這樣就可避免在大于額定風(fēng)速時，輸出電壓過高造成對蓄電池過充，從而延長蓄電池的使用壽命，同時可減少附加的電阻泄放裝置。因此，選用結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠的一體化永磁式風(fēng)力發(fā)電機。為了使發(fā)電機體積少，重量輕和經(jīng)濟，在選擇永磁材料時，要選擇好適宜的永磁材料品種和具體的性能指標(biāo)，以保證發(fā)電機有足夠大的氣隙磁密，滿足發(fā)電機的技術(shù)條件要求，并有良好的機械加工性能和適宜的價格，為此：.轉(zhuǎn)子磁鋼采用價格適中、磁能積、剩磁、矯頑力很高的超強磁體——釹鐵硼永磁材料，但應(yīng)注意：同一種牌號的永磁材料，不同工廠或同一工廠不同批號之間都會存在一定的磁性能差別，所以，為提高電機設(shè)計計算的準(zhǔn)確性，需要向生產(chǎn)廠家索取該批號的實際尺寸的永磁體在室溫和工作溫度下的實測退磁曲線。再有，永磁材料由室溫升到最高工作溫度時并保溫一定時間后再冷卻到室溫，其開路磁通允許有5%的可逆損失。因此為了保證永磁電機在運行過程中性能穩(wěn)定，不發(fā)生明顯的不可逆退磁，在使用前先進行穩(wěn)磁處理。.從提高氣隙磁密的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)子切向結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子徑向結(jié)構(gòu)相比較在同等尺寸的磁鋼下，其磁路氣隙磁密為徑向結(jié)構(gòu)磁路氣隙磁密的1.6倍，選擇切向結(jié)構(gòu)較為有利，從提高頻率的角度出發(fā)，在轉(zhuǎn)速n一定時，從f=pn/60可知頻率f和極對數(shù)P成正比，在設(shè)計發(fā)電機時盡量選擇較多的P，選擇徑向結(jié)構(gòu)較為有利。從性能、工藝、成本多因素綜合考慮，最終決定選用徑向結(jié)構(gòu)。電磁設(shè)計電磁式同步發(fā)電機的設(shè)計首先依據(jù)電機的容量，轉(zhuǎn)速、材料的性能和環(huán)境條件，根據(jù)經(jīng)驗選擇適當(dāng)?shù)碾姶咆?fù)荷As、B8,再進一步確定電機的主要尺寸及參數(shù)。在永磁風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計中，由于永磁體在電機中既是磁源又是磁路的組成部分，而且它的勵磁磁場是由永磁體產(chǎn)生的，永磁體的磁性能不僅與生產(chǎn)廠的制造工藝有關(guān)，還與磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關(guān)，具體性能數(shù)據(jù)的分散性很大，而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路的其余部分的材料性能，尺寸和電機運行狀態(tài)而變化。因此，永磁風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計一般不是直接選擇電磁負(fù)荷As、B5,而是考慮盡量充分利用永磁材料入手，即永磁風(fēng)力發(fā)電機的氣隙磁密B5是由永磁材料性能尺寸及磁路結(jié)構(gòu)型式確定的，而且上述因素又確定著磁鋼的工作點。因此，進行磁鋼的估算，確定磁鋼的尺寸是首要的，然后再根據(jù)磁鋼尺寸確定電機的主要尺寸和參數(shù)。3.1確定磁鋼尺寸采用估算的方法計算給定功率和磁鋼體積的關(guān)系式中：PN—發(fā)電機的額定容量；。。一漏磁系數(shù)；Kad一直軸電樞磁勢折算到轉(zhuǎn)子磁勢的折算系數(shù)FmK；KFd一發(fā)電機短路時每對極的磁鋼磁勢FmK為直軸電樞磁勢2Fadk的倍數(shù)；KFd=FmK/2FadKf一頻率；Kp一電壓系數(shù)；K①一波形系數(shù)；C一磁鋼利用系數(shù)；（BH）max—磁鋼最大磁能積；利用上述公式求得Vm，考慮到磁鋼不一定能工作在最佳工作點和電樞反應(yīng)的去磁作用，要有適當(dāng)余量，一般加大20%左右。3.2極對數(shù)的選擇在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一徑向結(jié)構(gòu)和磁鋼材料一釹鐵硼確定后，從式（1）可以看出，增大頻率可以減少需要磁鋼的體積，提高磁鋼的利用程度。在發(fā)電機直徑及工藝允許的條件下，盡量選取較多的極對數(shù)P，以縮小發(fā)電機體積，減輕其重量。3.3轉(zhuǎn)子漏磁和電樞磁勢折合系數(shù)永磁電機磁極漏磁的計算與電磁式相似，所不同的是電磁式的磁極磁導(dǎo)遠(yuǎn)大于氣隙磁導(dǎo)，故其漏磁可以忽略不計，永磁電機的磁極磁導(dǎo)接近于氣隙磁導(dǎo)，因此不能忽略不計。由于永磁式電機與電磁式電機的磁通路徑特點不一樣，再考慮到永磁式電機漏磁不能忽略，因此，永磁式的電機的電樞反應(yīng)，直軸電樞磁勢折合系數(shù)，也不同于電磁式，必須在電磁式的基礎(chǔ)上修正。永磁體向外磁路提供的總磁通①m可分為兩部份，一部份與電樞繞組匝鏈主磁通（即每極氣隙磁通）①^，另一部份不與電樞繞組匝鏈的漏磁通①。，而①。實際上是沿整個磁鋼分布的，其分布路徑比較復(fù)雜，計算比較困難，一般為簡化分析和計算，采用等效漏磁通的概念，即假定^和①。一樣，全部由磁勢Fm提供，則Om=O5+Oo?？紤]到磁鋼本身的磁阻Rm和電樞反應(yīng)磁勢Fa，其等值磁路圖如圖2所示。與電磁式電機一樣，電樞磁勢Fa可分解為直軸和交軸電樞磁勢Fad和Faq。圖2由于磁鋼磁阻接近氣隙磁阻，永磁式電機的Kad比電磁式小，為了簡化問題，假設(shè)：（1） 電機磁路不飽和，忽略鐵芯磁阻；（2） 電機的氣隙是均勻的，不計齒槽的影響；（3） 電磁式和永磁式具有相同的電樞反應(yīng)磁勢Fad，對于均勻氣隙徑向磁路結(jié)構(gòu)；從磁路的特點看，永磁式的交軸磁路和電磁式相仿，可以認(rèn)為K’aq=Kaq，不再討論。確定電機的主要尺寸4.1磁負(fù)載的選擇對于小功率的風(fēng)力發(fā)電機，一般為低壓大電流，電壓大多采用24V或48V（整流后的直流），因為該類發(fā)電機主要采用蓄電池儲能，