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铁耗和功率的关系是近似线性的,其斜率和叠在一起的硅钢片的导磁效果相关。一般而言,与电磁炉需要产生大量热量的工作原理相反,电机需要在保证磁场密度的同时,抑制发热量以降低损耗。结构紧凑的高速低额定扭矩的电机可以将硅钢片做的更薄,硅钢片用量及所需建立的磁场强度远低于同样功率等级的低速直驱电机,且能够有效抑制铁耗。而体积庞大的低速永磁电机往往受经济性等条件制约,不选择更薄的硅钢片,使其铁耗始终位于较高水平。
所以,说到这里,你可能注意到,大扭矩的直驱发电机,由于其大电流和强磁场所导致的大量损耗是不可避免的,实际上对于发电机,特别是大扭矩发电机的散热设计是体现发电机设计理念的关键技术环节,这部分内容留到下篇再讲。
到此,再看超发这点事,你对超发的认识应该比较清楚了。
实际上,如果要实现功率超发,在并网电压不变的情况下,提升扭矩势必要更高电流,铜耗在超发时是按照平方的倍数增加,带来更大的发热量。与此同时,随着发热量和工作温度的提高,铜导体的电阻率会进一步上升。特别是对于直驱形式的大扭矩发电机,本来额定工作点上的损耗已经处于高位,进一步的超过额定功率运行,其损耗会按照非线性比率增加,发热量会尤其严重。
问题就来了,温升的提高会直接大幅缩减绝缘材料的寿命,那么绝缘系统失效的风险大大增加。而对于风电机组而言,电机绝缘系统失效通常不能在机舱内修复,意味着高昂的更换费用,以及长时间停机带来的发电量损失。
但从理论上说,并不是没有办法控制超发所带来的温升提高,一方面,可以通过控制系统结合环境温度,在环境温度低的时候进行动态超发;另一个方面,可以通过加大散热系统来实现温升的控制。但必须提及的是,如果把超发常态化,难道真的就是免费的午餐吗?
其实,通过对超发这个问题的本质探讨,你不难发现,对于购买低速高扭矩电机的客户而言,购买的其实不是所谓的发电机额定功率,而是发电机的效率,因为低速高扭矩电机可以通过加强散热系统功率来控制由于大幅度牺牲效率导致的温升,实现输出功率提升。因此,理论上讲,不是不可能通过超发常态化来提升直驱发电机的额定功率,但问题是如果要保持电机效率不降低的前提下来提升额定功率,你要算算需要增加多少铜来降低发电机绕组的电阻。
你看,这正如天下没有免费的午餐,不对机组进行实际升级改造基础上的“免费”超发在技术上是非常危险的;而通过加强散热系统达到的额定功率的提升则是以非线性增加的效率损失为代价的,最终这都是由用户来为之买单,就不好了吧?
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