【摘 要】 当今世界普遍面临着资源短缺的问题，而风能作为一种可再生资源，也是地球本身拥有的资源，其凭借着较大的商业价值以及环保效益，在新能源以及可持续发展的能源行业中得到了快速利用。伴随着科学技术的深入发展，风力发电技术也实现了一定变化，很多风力发电机不断问世。当前风力发电机拥有很多种类，例如，永磁电机、双馈发电机、绕线式异步发电机、异步感应发电机、同步电机以及直驱永磁、变速、恒速等多种形式各异的风力发电机，然而应用最多且容量最大的电机便是双馈风力发电机，由于自身拥有很强的经济性，因而逐渐在市场上占据着主导地位。以下笔者将通过本文，并结合自身多年实践工作经验，针对1.5MW双馈风力发电机的设计进行集中阐述。
【关键词】 风力资源 可持续发展 双馈风力发电机
随着环境污染以及能源日趋短缺，世界各国为找到一种可持续发展的方式，将常规能源中最有竞争力的风力发电，作为促进电力机构多样化以及改善生态环境的重要途径。在世界各国不断扩大风电场规模，各类风力发电机不断涌现时，人们发现应用双馈风力发电机能够有效提升风能利用率，改善工作效率，因此，各国又争相提高单机容量。我国作为世界第二大能源消费国，面临着更为严峻的形势。最近几年，风能资源的不断开发，扩大了大容量风机的市场份额，由于双馈风力发电机具有较为优越的性能，如今在变速恒频风力发电机组中，双馈风力发电机已得到更广泛的应用。
1 定额数据以及尺寸大小
1.1 转子接力磁后的极对数
双馈异步风力发电机极对数的选择标准，通常应用4极或者6极。同时，由于带转差运行，若转速范围固定时，其选择极数就不是唯一的。为了减少励磁容量，须选取正常运行范围内励磁容量最小时的极数。此外，出于减少制造电机成本和降低电机制造工艺难度的考虑，双馈风力发电机应选用更为合适的4极。
1.2 确定气隙
一般情况下，气隙应选择最小数值的。为了降低磁力容量，可以通过缩短气隙长度的办法来实现。但需要注意，气隙的长度不宜过短，如若不然将会带来较大的谐波附加铁耗、噪音以及温度。气隙的大小通常是由轴直径、定子内径以及轴承间转子长度大小共同决定的。所以，双馈异步风力发电机的气隙大小，需要在保证制造工艺以及电机效率的基础之上，选取尽可能小的数值。
1.3 确定电磁负荷
一般电磁的负荷越大，电机尺寸就越小，相应的成本也就越低，所以选择较高的气隙长度值是较为理想的。在选取相对合适的气隙长度时，应从电机的综合技术经济指标来考虑，以此保证制造、运行的费用最小，且性能良好。
2 设计绕线转子铁心和绕组
2.1 选择转子槽数
绕线转子感应电机的转子绕组一般情况下为对称三相绕组，线圈节距通常等于或是接近基波极距，所以，电子谐波磁场不会出现很大附加转矩。出于遏制高频谐波的考虑，转子可装有阻尼绕组。此外，为降低振动和噪音，通常会选择数槽绕组。选择转子槽还应充分考虑控制数字转子开路电压，因此槽数不能过多。
2.2 转子绕组的基本特点
较大功率电机的转子绕组均是双层整距波绕组，这主要是为了节省线圈极之间的连接，并保持转子易处于平衡机械状态。此外，降低齿谐波，转子应用半闭口槽，且口槽选择用磁性槽楔，这主要为了缩小槽开口和由此带来的气隙磁导变化，其并联的支路数量通常在1到2个，在大中型水轮发电机的定子以及绕线型感应电机中波绕线得到了广泛应用。
3 1.5MW双馈风力发电机的设计
这种风力发电机电磁计算模块通常需要计算尺寸、气隙，磁路尺寸，公用系数，各类参数，铁心实际重量，电机铜耗量、铁耗等等。此外，也包括几个迭代过程，例如，在校核电压调整率时，迭代空载转子电流；在校核气隙磁密最大值以及齿部磁密时，迭代饱和系数；在电校核有功功率时，迭代定子电流有功分量；迭代电势系数。下面我们将主要分析饱和系数的迭代、电势系数的迭代以及定子电流有功分量的迭代。
3.1 迭代饱和系数
先设定饱和系数，得出磁路的每极磁通、气隙磁密、定子及转子齿部磁密，再计算出气隙磁压以及电子及转子齿部磁压降，然后再按照得出的磁压降，求出炮和系数，最后判断解得数值和初设数值是否小于1%，若没有，需重新设饱和系数，然后再一次计算。具体计算过程如图一。
3.2 迭代电流有功分量
先设定子电流有功分量，依据设计任务书上的功率因数，得出定子电流无功分量；再根据等效电路求出系统总有功功率；最后，判断所得系统总有功功率是否达到任务书上的相关要求。如果未达到要求，则需要重新进行计算。具体计算过程如图二。
3.3 迭代电势系数
这一迭代，一方面包括计算整个磁路，另一方面也包括计算部分电路。先应假设一个电势系数，根据这一系数得出已变化的励磁电流；然后计算出感应电动势；再在感应电动势基础上，求出电势系数计算值；最后，判断求的值和假设值的误差是否为负值，并且低于0.5%，若果不满足条件，便需要重新进行计算。
具体计算过程如图三。
3.4 主程序流程
根据大中型异步电机的电磁设计程序，可知道双馈异步发电机电磁设计程序再包含上述计算模块和迭代之外，还有电磁计算模块流程。如图四。
4 结语
总之，随着环境污染以及能源危机的进一步加重，风能作为一种可再生的环保型资源，凭借其自身巨大的应用价值，逐渐在新的形势下得到广泛应用，这便由此推动了风力发电机相关工作的开展，其中又以设计、研发先进的风力发电设备最为关键。双馈风力发电机凭借自身多方面优势，是目前风力发电机组中应用最为广泛的设备。相信随着相关工作人员的不懈努力以及科学技术的进一步发展，1.5MW双馈风力发电机的设计将更趋于完善。
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