1、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,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，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）nrf2 式中： f1為定子電

2、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)子勵磁電壓頻率。 由上式可知，當(dāng)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(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 ， （即 0S1） f2取正號，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 頻器提供勵磁）,超同步發(fā)電運(yùn)行 nr n1時， （即 S1） f2取負(fù)號，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

3、轉(zhuǎn)速保持恒定時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流可以調(diào)節(jié)無功功率，控制功率因數(shù)。 當(dāng)處于“欠勵狀態(tài)”時，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)從某一欠勵磁狀態(tài)開始增加轉(zhuǎn)子勵磁電流時，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)到正常勵磁時，無功功率變?yōu)榱?，定子?cè)電流中的無功分量也變?yōu)榱?，此時cos=1；如果此后繼續(xù)增加轉(zhuǎn)子勵磁電流，將進(jìn)入“過勵狀態(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，欠勵磁時功率因數(shù)超

4、前（容性），過勵磁時功率因數(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)中的變頻器容量僅取決于發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的最大轉(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僅為發(fā)電機(jī)額定容量的1/41/3。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 空載特性測定 負(fù)載特性測定（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

5、繪制 溫升考核 cos=1 cos=0.95 一般電機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目 絕緣介電性能、噪聲、振動、超速、轉(zhuǎn)動慣量等,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，對雙饋發(fā)電機(jī)輸出電能的質(zhì)量很難有個準(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)

6、有一定的相似性，因此，對雙饋發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路電抗測定也開始被提及。鑒于目前國際上對此還沒有一個具體的測定方法，所以，我們至今也沒有看到一個具體測定的實(shí)例。如果參照同步發(fā)電機(jī)測定短路電抗的方法，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：IP54 發(fā)電機(jī)集電環(huán)外殼防護(hù)等級：IP23 冷卻方式：IC616（帶空/空冷卻器） 平衡等級：G2.5 絕緣等級：F 轉(zhuǎn)動慣量：45kgm2 最大工作轉(zhuǎn)速：

7、2050r/min 最大轉(zhuǎn)速：2400r/min 環(huán)境運(yùn)行溫度：3040 環(huán)境生存溫度：4050 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：9751970r/min 功率因數(shù)：0.950.95 效率：97% 定子接法： 轉(zhuǎn)子接法：Y,特點(diǎn) 額定容量大，轉(zhuǎn)動慣量小。為了控制發(fā)熱，定轉(zhuǎn)子

8、沖片選用低損耗優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片。 發(fā)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)子線圈將承受來自變頻器的過電壓沖擊。因此對電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣結(jié)構(gòu)，我們做了以下針對性的設(shè)計(jì)： 轉(zhuǎn)子的工作電壓范圍在0700V，我們在轉(zhuǎn)子線圈絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，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，提高轉(zhuǎn)子的平衡精度。,由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用場合的特殊性，設(shè)計(jì)使用壽命要求20年。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，著重考慮以下幾個方面： 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)行時被固定在四個彈性支撐件上。 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碳刷，進(jìn)行二次保護(hù)。 實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)及雷電保護(hù)裝置（選配）。