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1、波浪能發(fā)電裝置發(fā)電機優(yōu)化設計
【論文摘要】本文在上海海洋大學研制的“浪流一體化發(fā)電裝置”的基礎上，對其發(fā)電機進行了優(yōu)化設計，去掉了發(fā)電機和水輪機的中間轉換裝置，滿足了海洋能直驅發(fā)電的形式，通過電機實驗室性能測試驗證了其可行性，提高了發(fā)電效率和可靠率，降低了維護成本，可以應用于實際生產(chǎn)中。
【關鍵詞】浪流一體化；發(fā)電裝置；發(fā)電機；優(yōu)化設計；直驅發(fā)電
0 前言
上海海洋大學研制的“浪流一體化發(fā)電裝置”同時可以捕獲波浪和海流的向前的推力，在接受到海洋能量之后產(chǎn)生慣性而發(fā)生連續(xù)轉動；通過主軸帶動發(fā)電機旋轉而產(chǎn)生電能。為海洋觀測、島礁生活、海洋養(yǎng)殖、海水淡化等提供穩(wěn)定的電能，并用于解決邊遠海
2、域的國防設施、部分電網(wǎng)未覆蓋的有居民海島、偏遠無居民海島生態(tài)建設中的供電需求。本文以此發(fā)電裝置為研究對象，對其水輪機匹配的發(fā)電機進行了優(yōu)化設計，克服了傳統(tǒng)的海洋能需要經(jīng)過三個部分轉換的缺點，沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，采用發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定控制器，實現(xiàn)了浪輪機的輸出轉速穩(wěn)定，提高了發(fā)電效率，降低了運行維護成本。尤其是在低轉速環(huán)境下，效果更加顯著。
1 研究對象與方法
本項目設計的發(fā)電機是滿足海洋能直驅發(fā)電形式的。然而，齒輪箱的存在卻成為制約海洋能發(fā)電機組發(fā)展的因素之一：機組運行過程中齒輪箱一直處于高速旋轉，增加了系統(tǒng)損耗，降低了能量利用率；海洋能發(fā)電機組往往安裝在海平面或海水之中，經(jīng)受嚴寒
3、酷暑，海水腐蝕、溫度變化大，環(huán)境條件惡劣，導致升速齒輪箱的工況嚴峻，維護保養(yǎng)工作量大；為了能適應惡劣的運行環(huán)境，齒輪箱畢竟造價昂貴，更由于海洋能能量多變，往往會造成過載，這樣就更容易損壞齒輪箱，使得系統(tǒng)運行成本增大。
因此，本設計取掉了中間轉換環(huán)節(jié)，水輪機主軸右端通過聯(lián)軸器和電機連接在一起，直接帶動電機發(fā)電，中間不經(jīng)過任何環(huán)節(jié)，這就實現(xiàn)了絕對的直驅。本文研制海洋能直驅發(fā)電方式有以下幾個方面優(yōu)點：
（1）提高了發(fā)電效率高。直驅式發(fā)電沒有齒輪箱，減少了傳動損耗，提高了發(fā)電效率，尤其是在低轉速環(huán)境下，效果更加顯著。
（2）提高了可靠性。直驅技術省去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動結構，提高了機組的
4、可靠性。同時，機組在低轉速下運行，旋轉部件少，可靠性更高。
（3）運行及維護成本低。采用無齒輪直驅技術可減少發(fā)電機組裝置零部件數(shù)量，避免齒輪箱油的定期更換，降低了運行維護成本。
然而，這樣的海洋能直驅發(fā)電方式就需要發(fā)電機具有低速運行的特性，并且有較高的效率，更者要求發(fā)電機要能在海水中運行。
2 直驅發(fā)電機設計
2.1 直驅發(fā)電機結構設計
如圖1所示，發(fā)電機采用盤式結構：波浪能單位體積所攜帶的能量有限，要能高效的收集這些能源，發(fā)電機則成為本裝置中能源轉換的關鍵設備之一。波浪能發(fā)電機，最多每分鐘幾百轉，因此發(fā)電機的技術指標、經(jīng)濟性等決定本裝置在市場中的競爭力。機電一體化 畢業(yè)論文常用發(fā)電
5、機分為盤式和圓柱式兩種：圓柱式發(fā)電機的氣隙磁場延軸向分布，要想獲得較高的發(fā)電效率，圓柱式發(fā)電機必須運行在高速下，而盤式發(fā)電機的定轉子為平行結構，克服了圓柱式發(fā)電機定子包容轉子的結構缺點，軸向尺寸小，沒有疊片和鉚壓工序，工藝好，因此盤式發(fā)電機可以運行在低速條件下。因此發(fā)電機選用盤式發(fā)電機結構，能夠在低轉速下達到額定功率，從而滿足了波浪能發(fā)電系統(tǒng)對發(fā)電機的技術要求，提高了效率。
2.2 發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定控制器設計
發(fā)電機的三相輸出接到風光互補控制器上，通過控制器可以得到48V的穩(wěn)定電壓，可將穩(wěn)定的電能存儲在蓄電池中?？刂破鞯脑硎菍⑤斎氲慕涣麟娏魍ㄟ^三相橋式全控整流電路轉化成直流電流，直流電流通過升降壓斬波電路將電壓輸出控制在48V。值得注意的是發(fā)電機轉速達到54r/min控制器輸出端才會有電流輸出?？刂破魅鐖D2所示，經(jīng)過控制器流出的電流為直流，將控制器后面的電池組“+”“-”接到蓄電池的接口即可，反面細節(jié)如圖3所示。
2.3 直驅電機工作原理
2.3.1 三相橋式全控整流電路
在三相橋式全控整流電路中，如圖4所示，晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組成共陽極組。
波浪能發(fā)電裝置發(fā)電機優(yōu)化設計
