雙饋異步發(fā)電機(jī)上海南洋電機(jī)有限公司2008.02.12一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要類型異步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)雙速發(fā)電機(jī)繞線式異步發(fā)電機(jī)雙饋異步發(fā)電機(jī)低速永磁同步發(fā)電機(jī)使用場(chǎng)合定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)低風(fēng)速低速運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)也具有在較高的效率水平。高風(fēng)速時(shí)可以通過控制轉(zhuǎn)子電阻，使得輸出功率保持平穩(wěn)?？梢苑奖阏{(diào)節(jié)有功功率和無功功率的輸出，同時(shí)調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)。可以控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)，使功率因數(shù)達(dá)到1。在相同條件下，同步發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍比異步發(fā)電機(jī)更寬。二、雙饋發(fā)電機(jī)的工作原理

雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組接工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由具有可調(diào)節(jié)頻率、相位、幅值和相序的三相電源勵(lì)磁，采用雙向可逆專用變頻器。雙饋發(fā)電機(jī)可以在不同的風(fēng)速下運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速的變化做相應(yīng)調(diào)整，使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行始終處于最佳狀態(tài)，提高了風(fēng)能的利用率。同時(shí)，通過控制饋入轉(zhuǎn)子繞組的電流參數(shù)，不僅可以保持定子輸出的電壓和頻率不變，還可以調(diào)節(jié)輸入到電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

變速恒頻雙饋發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定、轉(zhuǎn)子繞組電壓頻率關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

f1=（p/120）×nr±f2

式中：f1為定子電壓頻率；

p為電機(jī)的極數(shù)；

nr為雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

f2為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓頻率。由上式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速nr發(fā)生變化時(shí)，若調(diào)節(jié)f2變化，可使f1保持恒定不變，實(shí)現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。亞同步發(fā)電運(yùn)行

nr

＜n1時(shí)，（即0＜S＜1）

f2取正號(hào)，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為：

P電磁=P機(jī)械+P轉(zhuǎn)差

P上網(wǎng)=P電磁（定子饋電，轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵(lì)磁）超同步發(fā)電運(yùn)行

nr

＞n1時(shí)，（即S＞1）

f2取負(fù)號(hào)，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為：

P機(jī)械=P轉(zhuǎn)差+P電磁

P上網(wǎng)=P轉(zhuǎn)差+P電磁

（定子饋電+轉(zhuǎn)子饋電）注：n1為發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。

當(dāng)雙饋發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和轉(zhuǎn)速保持恒定時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)無功功率，控制功率因數(shù)。當(dāng)處于“欠勵(lì)狀態(tài)”時(shí)，定子電流Is超前于電網(wǎng)電壓Us，定子電流中有超前的無功分量，發(fā)電機(jī)的輸出中，有超前的無功功率；當(dāng)從某一欠勵(lì)磁狀態(tài)開始增加轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的超前無功功率開始減少，從而定子電流中超前的無功分量也開始減少；達(dá)到正常勵(lì)磁時(shí)，無功功率變?yōu)榱?，定子?cè)電流中的無功分量也變?yōu)榱?，此時(shí)cosφ=1；如果此后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，將進(jìn)入“過勵(lì)狀態(tài)”，定子電流Is滯后于電網(wǎng)電壓Us，定子電流中有滯后的無功分量，發(fā)電機(jī)將輸出滯后性的無功功率，隨著轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的增加，定子電流中滯后的無功分量也增加。因此，欠勵(lì)磁時(shí)功率因數(shù)超前（容性），過勵(lì)磁時(shí)功率因數(shù)滯后（感性）。雙饋發(fā)電機(jī)具有與同步發(fā)電機(jī)相似的無功功率調(diào)節(jié)特性曲線（即“V”形曲線）。三、雙饋發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)由于定子直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子采用變頻器供電，因此，系統(tǒng)中的變頻器容量?jī)H取決于發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)差功率，一般發(fā)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)差率為25%~35%，因而變頻器的最大容量?jī)H為發(fā)電機(jī)額定容量的1/4~1/3。這樣，系統(tǒng)的總體配置費(fèi)用就比較低。具有變速恒頻的特性。可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。四、雙饋發(fā)機(jī)考核的關(guān)鍵點(diǎn)工作特性空載特性測(cè)定負(fù)載特性測(cè)定（包括轉(zhuǎn)子繞組短路狀態(tài)下異步發(fā)電機(jī)的固有特性和轉(zhuǎn)子繞組由雙向逆變器供電狀態(tài)下的調(diào)節(jié)特性）效率計(jì)算和特性曲線繪制溫升考核cosΦ=1cosΦ=±0.95一般電機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目絕緣介電性能、噪聲、振動(dòng)、超速、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等

其它輸出電能質(zhì)量由于電網(wǎng)本身質(zhì)量的影響因素和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組所接雙向逆變器非正弦電源的影響因素不易排除，因此，對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)輸出電能的質(zhì)量很難有個(gè)準(zhǔn)確合理的界定，此項(xiàng)性能的考核方法還有待商榷。短路電抗測(cè)定在這里，“短路”的概念指的是發(fā)電機(jī)的突然三相短路，“電抗”的概念指的是發(fā)電機(jī)在突然三相短路的瞬變狀態(tài)下的超瞬變電抗。這以往是在同步發(fā)電機(jī)中需要考慮的一種過渡過程，由于在這一過程中，電流、轉(zhuǎn)矩的變化較大，需要考慮與發(fā)電機(jī)相連的電器與機(jī)械系統(tǒng)的承受能力，而雙饋發(fā)電機(jī)的工作原理與同步發(fā)電機(jī)有一定的相似性，因此，對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路電抗測(cè)定也開始被提及。鑒于目前國(guó)際上對(duì)此還沒有一個(gè)具體的測(cè)定方法，所以，我們至今也沒有看到一個(gè)具體測(cè)定的實(shí)例。如果參照同步發(fā)電機(jī)測(cè)定短路電抗的方法，在試驗(yàn)條件和操作性方面，還有一些具體問題需要解決。因此，以上兩項(xiàng)，目前只能作為研究項(xiàng)目，尚不能進(jìn)行正式的考核。五、雙饋異步發(fā)電機(jī)YRSFK500L1-4概況發(fā)電機(jī)型號(hào)的含義結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)安裝方式：IMB3發(fā)電機(jī)安裝傾斜角：5°發(fā)電機(jī)本體防護(hù)等級(jí)：IP54發(fā)電機(jī)集電環(huán)外殼防護(hù)等級(jí)：IP23冷卻方式：IC616（帶空/空冷卻器）平衡等級(jí)：G2.5絕緣等級(jí)：F轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：45kgm2最大工作轉(zhuǎn)速：2050r/min最大轉(zhuǎn)速：2400r/min環(huán)境運(yùn)行溫度：－30℃~＋40℃環(huán)境生存溫度：－40℃~＋50℃電機(jī)總重量：5.8t總體結(jié)構(gòu)概況主要零部件

定子轉(zhuǎn)子前端蓋后端蓋集電環(huán)、刷架定、轉(zhuǎn)子接線盒空/空冷卻器電磁數(shù)據(jù)發(fā)電機(jī)類型：交流異步雙饋發(fā)電機(jī)極數(shù)：4額定輸出功率：1550kW額定定子輸出功率：1325kW額定轉(zhuǎn)子輸出功率：225kW定子額定電壓：690V轉(zhuǎn)子開路電壓：1955V額定轉(zhuǎn)速：1755r/min工作轉(zhuǎn)速范圍：975~1970r/min功率因數(shù)：＋0.95~－0.95效率：97%定子接法：△轉(zhuǎn)子接法：Y

特點(diǎn)額定容量大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。為了控制發(fā)熱，定轉(zhuǎn)子沖片選用低損耗優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片。發(fā)電機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子采用變頻器供電。而變頻器在使用IGBT作為功率元件后，電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈將承受來自變頻器的過電壓沖擊。因此對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣結(jié)構(gòu)，我們做了以下針對(duì)性的設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)子的工作電壓范圍在0～700V，我們?cè)谵D(zhuǎn)子線圈絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將轉(zhuǎn)子線圈的電壓提高至2000V作為轉(zhuǎn)子線圈絕緣電壓設(shè)計(jì)基值。先進(jìn)的絕緣結(jié)構(gòu)。采用多層亞胺薄膜補(bǔ)強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)云母帶作為線圈的主絕緣，提高耐電性能，同時(shí)輔以低電阻防暈網(wǎng)狀紙，減少尖端放電的可能性，兩者結(jié)合保證了轉(zhuǎn)子絕緣的可靠性。工藝上，轉(zhuǎn)子線圈采用成型線圈。同時(shí)轉(zhuǎn)子槽形經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，線圈可以輕松放入槽內(nèi)，最大限度保證轉(zhuǎn)子線圈絕緣層不受到損壞。VPI（真空壓力）浸漆+旋轉(zhuǎn)烘焙。提高掛漆量的同時(shí)，提高轉(zhuǎn)子的平衡精度。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用場(chǎng)合的特殊性，設(shè)計(jì)使用壽命要求≥20年。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮以下幾個(gè)方面：耐低溫。主體結(jié)構(gòu)的材料采用耐低溫的材料。整體結(jié)構(gòu)耐振性能。箱式+框架式結(jié)構(gòu)的機(jī)座，一方面保證了發(fā)電機(jī)整體的剛性，另一方面適應(yīng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)被固定在四個(gè)彈性支撐件上。杜絕軸電流的產(chǎn)生。一是發(fā)電機(jī)的軸承套采用絕緣軸承套的結(jié)構(gòu)。二是在軸的兩端再安裝接地