直線葉型立軸風(fēng)輪與新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的合理匹配

　　3.3 無(wú)CC方式的負(fù)荷
　　無(wú)CC發(fā)電裝置是輸出直流電流的裝置，也就是一種可變的直流電流源。藉助無(wú)CC方式與其它的器件構(gòu)成它的直流輸出，輸出到用作負(fù)荷的直流電源上。
　　作為這一負(fù)荷的直流電源，無(wú)論是獨(dú)立負(fù)荷（蓄電池等），或是連接于系統(tǒng)的負(fù)荷（可進(jìn)行一定直流電壓控制的變頻器等），都能與無(wú)CC裝置連接。如負(fù)荷的直流電源電壓基本穩(wěn)定，一旦強(qiáng)風(fēng)時(shí)的轉(zhuǎn)速增加，基于無(wú)CC的特性，相應(yīng)于轉(zhuǎn)速下的直流輸出將大致按三次方的特性增加。但是，作為負(fù)荷的直流電源電壓值升高時(shí)，電流不易流通，無(wú)CC的輸出減小。相反，直流電源電壓值降低時(shí)，無(wú)CC的輸出增加，而過(guò)度的增加則風(fēng)輪處于失速狀態(tài)。
　　3.4 多線卷與電抗器的組合效果  
　　永磁發(fā)電機(jī)中，如果由永磁體決定磁通的大小，則感應(yīng)電壓有效值的大小由定子線卷的匝數(shù)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速確定。從而在圖5中，匝數(shù)多的W2線卷的直流輸出，從低轉(zhuǎn)速N2開(kāi)始輸出，隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，圖5中虛線所示為“W2線卷輸出”（無(wú)電抗器）的情況。然而，該狀態(tài)下由風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)無(wú)CC的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩比風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩還大，故風(fēng)輪處于失速狀態(tài)。也即，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速停留在圖5的轉(zhuǎn)速N2附近，未上升。
　　因此，將電抗器串聯(lián)接于W2線卷，圖5的黑色實(shí)線所示為“串聯(lián)電抗器”的輸出，W2線卷可承擔(dān)具有風(fēng)輪三次方功率特性的低風(fēng)速區(qū)的輸出。而匝數(shù)少的W1線卷的直流輸出，是從風(fēng)輪轉(zhuǎn)速提高以后開(kāi)始輸出的。由于轉(zhuǎn)速的升高，為取得大的功率，電抗器1的電感值小。圖5的另一實(shí)線表示W(wǎng)1線卷的輸出。線卷W1能在高風(fēng)速區(qū)主要承擔(dān)輸出任務(wù)。
　　組合的輸出，則表示無(wú)CC方式的輸出。
　　3.5 無(wú)CC方式的設(shè)計(jì)方法   
　　無(wú)CC的設(shè)計(jì)，藉有限元法加邊界元法，并采用二維磁場(chǎng)分析如下進(jìn)行，首先，要明確圖2所示風(fēng)輪的性能，分別確定W1線卷開(kāi)始發(fā)電的轉(zhuǎn)速約為0.5nN左右（nN一額定轉(zhuǎn)速）；W2線卷開(kāi)始發(fā)電的轉(zhuǎn)速約為0.25nN。再由這些轉(zhuǎn)速確定各線卷的匝數(shù)及永磁體磁通的大小。然后，按照無(wú)CC發(fā)電機(jī)的輸入來(lái)決定電抗器1和2的電感值。發(fā)電機(jī)的輸入與相應(yīng)轉(zhuǎn)速下具有立方特性的風(fēng)輪最大輸出特性近似。發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，按電磁場(chǎng)分析結(jié)果，電抗器2導(dǎo)致的電壓降要求在NN下，線卷W2的空載感應(yīng)電壓達(dá)到75%左右為宜。但是，這些電抗器導(dǎo)致的電壓降全變?yōu)閾p耗，不滯后的無(wú)功部分的損耗小。
　　4 無(wú)CC方式的驗(yàn)證裝置
　　4.1 利用飽和電抗器改善性能    
　　既要掌握受風(fēng)面積5m2的SW-VAWT的特性曲線，又要對(duì)風(fēng)輪的最大輸出進(jìn)行整合。我們?cè)囍屏藷o(wú)CC方式的驗(yàn)證裝置。
這一無(wú)CC方式的規(guī)格參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速200rpm，發(fā)電機(jī)輸入功率1.8KW，最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩1.7Nm，負(fù)荷的直流電壓24V。
　　使用的發(fā)電機(jī)是其它用途的外轉(zhuǎn)子式電動(dòng)機(jī)（3Φ、30p、36槽、鐵心外徑Φ435、釹鐵硼磁鋼）；對(duì)其定子繞組進(jìn)行了改造，一個(gè)槽內(nèi)放2種線卷。
　　風(fēng)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度范圍有1∶3.5足夠。無(wú)CC的發(fā)電機(jī)中，若內(nèi)裝3種線卷，能實(shí)現(xiàn)近似的立方特性，但制造工時(shí)和周邊部件的增加涉及到成本的提高，而裝入2種線卷，特別在圖5所示風(fēng)輪轉(zhuǎn)速N1附近及高轉(zhuǎn)速區(qū)，無(wú)CC輸出（W2線卷輸出+W1線卷輸出）對(duì)比粗實(shí)線表示的理想三次方無(wú)CC輸出，相差較大。因此，在圖4所示的電抗器2，采用飽和電抗器。電抗器1為非飽和電抗器，力圖改善無(wú)CC方式的輸出特性。圖6為飽和電抗器的特性曲線。圖7是線卷2接入飽和電抗器后的無(wú)CC特性，旨在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速N1附近具有較大的改善，能接近于理想的三次方輸出特性，下面的圖15中，類似地用另一種形式驗(yàn)證了飽和電抗器的這一效果。飽和電抗器比較非飽和電抗器，還有重量輕的優(yōu)點(diǎn)。