双馈异步发电机(讲课)

b.


当双馈发电机输出的有功功率和转速保持恒定时，调节转 子励磁电流可以调节无功功率，控制功率因数。 当处于“欠励状态”时，定子电流Is超前于电网电压Us， 定子电流中有超前的无功分量，发电机的输出中，有超前 的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增加转子励磁电流 时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流 中超前的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功 率变为零，定子侧电流中的无功分量也变为零，此时 cosφ=1；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入“过 励状态”，定子电流Is滞后于电网电压Us，定子电流中有 滞后的无功分量，发电机将输出滞后性的无功功率，随着 转子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功分量也增加。 因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因 数滞后（感性）。双馈发电机具有与同步发电机相似的无 功功率调节特性曲线（即“V”形曲线） 。
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3.
总体结构概况
4.
定子
主要零部件
转子
前端盖
后端盖
集电环、刷架
定、转子接线盒
空/空冷却器
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电磁数据 发电机类型：交流异步双馈发电机 极数：4 额定输出功率：1550kW 额定定子输出功率：1325kW 额定转子输出功率：225kW 定子额定电压：690V 转子开路电压：1955V 额定转速：1755r/min 工作转速范围：975~1970r/min 功率因数：＋0.95~－0.95 效率：97% 定子接法：△ 转子接法：Y
③

④

由于风力发电机使用场合的特殊性，设计使用寿命要求 ≥20年。因此在结构设计时，着重考虑以下几个方面： 耐低温。主体结构的材料采用耐低温的材料。 整体结构耐振性能。箱式+框架式结构的机座，一方面 保证了发电机整体的刚性，另一方面适应实际运行时被 固定在四个弹性支撑件上。 杜绝轴电流的产生。一是发电机的轴承套采用绝缘轴承 套的结构。二是在轴的两端再安装接地碳刷，进行二次 保护。 实时监控系统及雷电保护装置（选配）。 定子每相线圈安装2个PT1OO。 前后轴承各装有2个PT1OO。 主电刷和接地碳刷均具有碳刷磨损监控装置。 定、转子雷电保护装置。
变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子 绕组电压频率关系的数学表达式： f1=（p/120）×nr±f2 式中： f1为定子电压频率； p为电机的极数； nr为双馈发电机的转速； f2为转子励磁电压频率。 由上式可知，当转速nr发生变化 时，若调节f2变 化，可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变 速恒频控制。
6. ① ②




特点 额定容量大，转动惯量小。为了控制发热，定转子冲片 选用低损耗优质冷轧硅钢片。 发电机工作时，转子采用变频器供电。而变频器在使用 IGBT作为功率元件后，电机的转子线圈将承受来自变频 器的过电压冲击。因此对电机转子的绝缘结构，我们做 了以下针对性的设计： 转子的工作电压范围在0～700V，我们在转子线圈绝缘 结构设计时，将转子线圈的电压提高至2000V作为转子 线圈绝缘电压设计基值。 先进的绝缘结构。采用多层亚胺薄膜补强的优质云母带 作为线圈的主绝缘，提高耐电性能，同时辅以低电阻防 晕网状纸，减少尖端放电的可能性，两者结合保证了转 子绝缘的可靠性。 工艺上，转子线圈采用成型线圈。同时转子槽形经特殊 设计，线圈可以轻松放入槽内，最大限度保证转子线圈 绝缘层不受到损坏。 VPI（真空压力）浸漆+旋转烘焙。提高挂漆量的同时， 提高转子的平衡精度。
变速风力发 电机组
可以方便调 节有功功率 和无功功率 的输出，同 时调节电网 的功率因数。
变速风力发电机组
可以控制励磁调节发 电机的功率因数，使 功率因数达到1。在 相同条件下，同步发 电机的调速范围比异 步发电机更宽。
二、双馈发电机的工作原理
双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相 位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发 电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整， 使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通 过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频 率不变，还可以调节输入到电网的功率008.02.12
一、 风力发电机的主要类型
异步发电机 双速发电 机 绕线式异步发 电机 双馈异步发 电机 同步发电机 低速永磁同步发电机
使用 场合
特点
定桨距风 力发电机 组
低风速低 速运行， 使发电机 也具有在 较高的效 率水平。
变桨距风力发 电机组
高风速时可以 通过控制转子 电阻，使得输 出功率保持平 稳。
五、双馈异步发电机YRSFK500L1-4概况
1.
发电机型号的含义
2.
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结构数据
安装方式：IMB3 发电机安装倾斜角：5° 发电机本体防护等级：IP54 发电机集电环外壳防护等级：IP23 冷却方式：IC616（带空/空冷却器） 平衡等级：G2.5 绝缘等级：F 转动惯量：45kgm2 最大工作转速：2050r/min 最大转速：2400r/min 环境运行温度：－30℃~＋40℃ 环境生存温度：－40℃~＋50℃ 电机总重量：5.8t
发电机的使用维护 ① 运输、存储 ② 安装、调试 ③ 维护、保养 润滑脂的补充 电刷维护 滑环维护 热敏元件检测数据的分析判断 风机的正常使用
7.
谢谢大家！
三、双馈发电机的特点
1.
由于定子直接与电网连接，转子采用变频器 供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于 发电机运行时的最大转差功率，一般发电机 的最大转差率为25%~35%，因而变频器的 最大容量仅为发电机额定容量的1/4~1/3。这 样，系统的总体配置费用就比较低。 具有变速恒频的特性。 可以实现有功功率和无功功率的调节。
a.
亚同步发电运行 nr ＜n1时 ， （即 0＜S＜1） f2取正号，如果忽 略各种损耗，则发电 机的能量关系为： P电磁=P机械+P转差 P上网=P电磁 （定子馈电，转子由变 频器提供励磁）
超同步发电运行 nr ＞ n1时， （即 S＞1） f2取负号，如果忽略 各种损耗，则发电机 的能量关系为： P机械=P转差+P电磁 P上网=P转差+P电磁 （定子馈电+转子馈 电） 注：n1为发电机的同步 转速。
4. a.
b.
其它 输出电能质量 由于电网本身质量的影响因素和发电机转子绕组所接双向逆变 器非正弦电源的影响因素不易排除，因此，对双馈发电机输出电能 的质量很难有个准确合理的界定，此项性能的考核方法还有待商榷。 短路电抗测定 在这里，“短路”的概念指的是发电机的突然三相短路，“电 抗”的概念指的是发电机在突然三相短路的瞬变状态下的超瞬变电 抗。这以往是在同步发电机中需要考虑的一种过渡过程，由于在这 一过程中，电流、转矩的变化较大，需要考虑与发电机相连的电器 与机械系统的承受能力，而双馈发电机的工作原理与同步发电机有 一定的相似性，因此，对双馈发电机进行短路电抗测定也开始被提 及。鉴于目前国际上对此还没有一个具体的测定方法，所以，我们 至今也没有看到一个具体测定的实例。如果参照同步发电机测定短 路电抗的方法，在试验条件和操作性方面，还有一些具体问题需要 解决。 因此，以上两项，目前只能作为研究项目，尚不能进行正式的 考核。
2. 3.
四、双馈发机考核的关键点
1. a.
b.
c.
2. a. b.
3.
工作特性 空载特性测定 负载特性测定（包括转 子绕组短路状态下异步 发电机的固有特性和转 子绕组由双向逆变器供 电状态下的调节特性） 效率计算和特性曲线绘 制 温升考核 cosΦ=1 cosΦ=±0.95 一般电机试验项目 绝缘介电性能、噪 声、振动、超速、转动 惯量等