直線葉型立軸風輪與新型風力發電機的合理匹配

　　3.3 無CC方式的負荷
　　無CC發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CC方式與其它的器件構成它的直流輸出，輸出到用作負荷的直流電源上。
　　作為這一負荷的直流電源，無論是獨立負荷（蓄電池等），或是連接于系統的負荷（可進行一定直流電壓控制的變頻器等），都能與無CC裝置連接。如負荷的直流電源電壓基本穩定，一旦強風時的轉速增加，基于無CC的特性，相應于轉速下的直流輸出將大致按三次方的特性增加。但是，作為負荷的直流電源電壓值升高時，電流不易流通，無CC的輸出減小。相反，直流電源電壓值降低時，無CC的輸出增加，而過度的增加則風輪處于失速狀態。
　　3.4 多線卷與電抗器的組合效果  
　　永磁發電機中，如果由永磁體決定磁通的大小，則感應電壓有效值的大小由定子線卷的匝數和發電機的轉速確定。從而在圖5中，匝數多的W2線卷的直流輸出，從低轉速N2開始輸出，隨著發電機轉速的上升，圖5中虛線所示為“W2線卷輸出”（無電抗器）的情況。然而，該狀態下由風輪驅動無CC的發電機，發電機轉矩比風輪的轉矩還大，故風輪處于失速狀態。也即，風輪的轉速停留在圖5的轉速N2附近，未上升。
　　因此，將電抗器串聯接于W2線卷，圖5的黑色實線所示為“串聯電抗器”的輸出，W2線卷可承擔具有風輪三次方功率特性的低風速區的輸出。而匝數少的W1線卷的直流輸出，是從風輪轉速提高以后開始輸出的。由于轉速的升高，為取得大的功率，電抗器1的電感值小。圖5的另一實線表示W1線卷的輸出。線卷W1能在高風速區主要承擔輸出任務。
　　組合的輸出，則表示無CC方式的輸出。
　　3.5 無CC方式的設計方法   
　　無CC的設計，藉有限元法加邊界元法，并采用二維磁場分析如下進行，首先，要明確圖2所示風輪的性能，分別確定W1線卷開始發電的轉速約為0.5nN左右（nN一額定轉速）；W2線卷開始發電的轉速約為0.25nN。再由這些轉速確定各線卷的匝數及永磁體磁通的大小。然后，按照無CC發電機的輸入來決定電抗器1和2的電感值。發電機的輸入與相應轉速下具有立方特性的風輪最大輸出特性近似。發電機設計時，按電磁場分析結果，電抗器2導致的電壓降要求在NN下，線卷W2的空載感應電壓達到75%左右為宜。但是，這些電抗器導致的電壓降全變為損耗，不滯后的無功部分的損耗小。
　　4 無CC方式的驗證裝置
　　4.1 利用飽和電抗器改善性能    
　　既要掌握受風面積5m2的SW-VAWT的特性曲線，又要對風輪的最大輸出進行整合。我們試制了無CC方式的驗證裝置。
這一無CC方式的規格參數如下：轉速200rpm，發電機輸入功率1.8KW，最大起動轉矩1.7Nm，負荷的直流電壓24V。
　　使用的發電機是其它用途的外轉子式電動機（3Φ、30p、36槽、鐵心外徑Φ435、釹鐵硼磁鋼）；對其定子繞組進行了改造，一個槽內放2種線卷。
　　風輪的運轉速度范圍有1∶3.5足夠。無CC的發電機中，若內裝3種線卷，能實現近似的立方特性，但制造工時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所示風輪轉速N1附近及高轉速區，無CC輸出（W2線卷輸出+W1線卷輸出）對比粗實線表示的理想三次方無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CC特性，旨在風輪轉速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，還有重量輕的優點。