1、雙饋異步發(fā)電機,上海電氣風電設(shè)備有限公司 苗旭芳 2009.12.21,一.電機范疇和分類,定義 泛指：電磁感應為基礎(chǔ)，進行機電能量或 信號轉(zhuǎn)換的一種裝置。 電能 機械能 電動機 電能 機械能 發(fā)電機 電能 電能 變壓器,分類,按功能分類：發(fā)電機、電動機、變壓器、 控制電機 按結(jié)構(gòu)分類：靜止電機、運動電機 直線電機 旋轉(zhuǎn)電機 直流電機 交流電機 同步電機 異步電機 籠型 繞線型,二.異步電機原理及機構(gòu),1. 旋轉(zhuǎn)磁場 n1=60fp 其中: n1為電機的同步轉(zhuǎn)速 f為頻率 p為電機的極對數(shù) 2. 轉(zhuǎn)差率 s=(n1-n)n1 其中: n為電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 3. 轉(zhuǎn)矩 T=9550Pn 其中: P

2、為電機功率,4.異步發(fā)電機的工作原理 電磁感應定律 電磁力定律 5.異步電機的結(jié)構(gòu) 定子：定子鐵心、定子繞組、機座 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸 端蓋：前端蓋、后端蓋 滑環(huán)室：集電環(huán)、刷架、碳刷 出線盒：定子、轉(zhuǎn)子、輔助出線盒 冷卻裝置：冷卻器或者冷卻風扇等,變速恒頻雙饋發(fā)電機運行時電機轉(zhuǎn)速與定、轉(zhuǎn)子繞組電壓頻率關(guān)系的數(shù)學表達式： f1=（p/120）nrf2 式中： f1為定子電壓頻率； p為電機的極數(shù)； nr為雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)速； f2為轉(zhuǎn)子勵磁電壓頻率。 由上式可知，當轉(zhuǎn)速nr發(fā)生變化 時，若調(diào)節(jié)f2變化，可使f1保持恒定不變，實現(xiàn)雙饋發(fā)電機的變速恒頻控制。,三、雙饋發(fā)電機的工作原理,雙

3、饋發(fā)電機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磁，采用雙向可逆專用變頻器。雙饋發(fā)電機可以在不同的風速下運行，其轉(zhuǎn)速可以隨風速的變化做相應調(diào)整，使風力機的運行始終處于最佳狀態(tài)，提高了風能的利用率。同時，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)電機運行時電機轉(zhuǎn)速與定、轉(zhuǎn)子繞組電壓頻率關(guān)系的數(shù)學表達式： f1=（p/120）nrf2 式中： f1為定子電壓頻率； p為電機的極數(shù)； nr為雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)速； f2為轉(zhuǎn)子勵磁電壓頻率。 由上式可知，當轉(zhuǎn)速nr發(fā)生變化 時，

4、若調(diào)節(jié)f2變化，可使f1保持恒定不變，實現(xiàn)雙饋發(fā)電機的變速恒頻控制。,雙饋異步發(fā)電機的兩種運行狀態(tài),1) 亞同步發(fā)電運行 nr n1時 ，(即 0S1) f2取正號 P電磁=P機械+P轉(zhuǎn)差 P上網(wǎng)=P電磁 （定子饋電，轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵磁）,2) 超同步發(fā)電運行 nr n1時， (即 S1) f2取負號 P機械=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)電機的同步轉(zhuǎn)速。,當雙饋發(fā)電機輸出的有功功率和轉(zhuǎn)速保持恒定時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流可以控制功率因數(shù)。當從某欠勵磁狀態(tài)開始增加勵磁電流時，發(fā)電機輸出的超前無功功率開始減少，從而由定子側(cè)吸收的無功電流開始減少；達到正常

5、勵磁時，無功功率變?yōu)榱?，定子?cè)電流中的無功分量也變?yōu)榱悖藭rcos=1；如果繼續(xù)增加勵磁電流，發(fā)電機將輸出滯后性的無功功率，定子側(cè)吸收的無功電流又開始增加。因此，過勵磁時功率因數(shù)滯后（感性），欠勵磁時功率因數(shù)超前（容性）。,四、雙饋發(fā)電機的特點,由于轉(zhuǎn)子采用變頻器供電，轉(zhuǎn)子容量相對較小，因此對變頻器容量要求相對較低，系統(tǒng)總體配置費用低。 具有變速恒頻的特性。 可以實現(xiàn)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。,五、1.25MW雙饋異步發(fā)電機概況,1. 電磁數(shù)據(jù) 發(fā)電機類型：交流異步雙饋發(fā)電機 極數(shù)：6 額定輸出功率：1250kW 額定定子輸出功率：1080kW 額定轉(zhuǎn)子輸出功率：170kW 定子額定電壓：69

6、0V 轉(zhuǎn)子開路電壓：1960 V 額定轉(zhuǎn)速：1100/min 工作轉(zhuǎn)速范圍：7001300r/min 功率因數(shù)：0.950.95 效率：97% 定子接法： Y 轉(zhuǎn)子接法：Y,結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 安裝方式：IMB3 發(fā)電機安裝傾斜角：5 發(fā)電機本體防護等級：IP54 發(fā)電機集電環(huán)外殼防護等級：IP23 冷卻方式：水套冷 平衡等級：G2.5 絕緣等級：F 轉(zhuǎn)動慣量：92kgm2 最大工作轉(zhuǎn)速：1300r/min 環(huán)境運行溫度：3040 環(huán)境生存溫度：4050 電機總重量：7.2t,3. 特點 額定容量大，轉(zhuǎn)動慣量小。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)電機工作時，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，電機的轉(zhuǎn)子線圈將承受來自變頻器的過電壓沖擊。因此對于轉(zhuǎn)子的絕緣結(jié)構(gòu)進行了針對性的設(shè)計。 由于風力發(fā)電機使用場合的特殊性，設(shè)計使用壽命要求20年。因此電機在結(jié)構(gòu)上，具有如下優(yōu)點： 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。適應實際運行時被固定在四個彈性支撐件上。 考慮防止軸電流的產(chǎn)生。 實時監(jiān)控系統(tǒng)及自動潤滑裝置。 定子每相線圈安裝PT1OO。 前后軸承各裝有