1.5MW直驱式风力发电机谐波及其影响分析

起来就

可以得到同步发电机的三相电流波形。从图 3.11 的同步电机三相电流波形可以看出，

由于换相重叠期比较长，所以每一相电流的正半波和负半波时期连接得比较紧凑，因

而得到的电流波形整体上接近于正弦电流波形。但是换相重叠期的过长会使发电机的

相电压波形与空载时的相电压差别很大，如图 3.12，因为在换相重叠期时间里，进行

换相的两相电压几乎是相等的，而且比较平直，并不按正弦变化。

第三章中同步电机的槽楔相对磁导率为???3.0，其空载时A相电势谐波如表3.11。

图 3.11 负载时电机的三相电流

图 3.12 负载时电机的三相电压

图 3.13 负载时电机的 A 相电压

表 3.1 永磁风力发电机空载时 A 相电动势谐波含量

图 3.14 负载时同步电机 A 相电压的谐波含量

表 3.2 永磁风力发电机负载时 A 相电流谐波含量

图 3.15 负载时同步电机线电压

图 3.16 线电压UAB 的主要谐波含量

永磁风力发电机经不控整流加负载后，电机电流谐波含量比较少，如表 3.2，而电压谐波含量则比空载时的电压谐波含量大了很多，特别是低次谐波含量，相电压基波幅值从空载时的 549.8ν 降到负载时的 414.6ν，即基波幅值发生了明显的下降，但是前面的数据表明，此时的风力发电机是运行在额定负载附近的，而且整流得到的直流电压值与理论值是几乎一致的，原因为：虽然基波分量的幅值下降了，但是谐波含量却很大，因此，相电动势的有效值

为E??E?12?E?32?E?52??其中E?3，E?5谐波电动势的有效值）并没有发生明显的下降。这也说明，不控整流得到的直流电压大小并不是仅仅取决于电机的电压基波分量，而且还决定于谐波含量。对比 A 相电压和UAB所以线电压的三次谐波含量比相电压的谐波含量小很多。然而，线电压波形比相电压波形畸变得更厉害，所以线电压的谐波含量大些，如图 3.16 所示。

由图 3.11 负载时的三相电流波形可以看出，永磁同步电机不控整流时无论什么时候都存在着换流重叠区，这就是说，电容或者负载电阻两端的电压总是电机的端电压。而虽然电机每相的电压波动很大，但由于滤波电容的值很大，所以负载电阻两端的电压波动并不大，其充放电时的电流值也比较小，如图 3.17。

图 3.17 滤波电容的电流波形

为了讨论不控整流方式给永磁风力发电机带来的影响，现在假设永磁同步电机不经过不控整流而是直接带纯电阻负载，如图 3.18 所示。此时的 A 相电流和电压波形如图 3.19 和图 3.21 所示，电机向负载输出的总功率为 1410KW，与带不控整流负载时的相同。另外，图 3.11 的电流是以流出电机为正方向的，图 319 的电流是以流入同步电机为正方向的。在 Ansoft Maxwell 的电机有限元模型中，其默认的电流正方向是电动机方向，则是以流入电机为正方向。

图 3.18 永磁风力发电机带纯电阻时的外电路38

图 3.19 同步电机直接带负载时的 A 相电流波形