Repower风力发电机及其系统培训资料

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1、风力发电机及其系统2010年8月风力发电机组的内部结构机舱轮毂桨叶变桨系统偏航系统齿轮箱发电机底座塔筒控制柜典型风力发电机系统 定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统三相笼型异步风力发电机笼型异步风力发电机的内部结构定子铁心定子铁心转子绕组转子绕组（端环）（端环）机座机座转子铁心转子铁心定子绕组定子绕组风扇风扇端盖端盖笼型异步风力发电机的

2、工作原理向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流，向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流，可以产生一个旋转磁场。可以产生一个旋转磁场。如果三相绕组分布在一个圆周上，则旋转磁场如果三相绕组分布在一个圆周上，则旋转磁场作旋转运动。旋转磁场在一个圆周内，呈现出作旋转运动。旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（的磁极（N、S极）数目称为极数，用极）数目称为极数，用2P表示。表示。旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1取决于电流的频率取决于电流的频率 f 和极对数和极对数 P：160 fnP 同步转速同步转速笼型异步风力发电机的工作原理AXZBCYSn1Nffn

3、e, iT f 产生电磁转矩产生电磁转矩T 定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1 旋转旋转 在转子导条中产生感应电动势在转子导条中产生感应电动势 e e 在转子绕组中产生感应电流在转子绕组中产生感应电流 i i 在磁场中产生电磁力在磁场中产生电磁力f 若转子以转速若转子以转速nn1, 向向n1的方向旋转的方向旋转 n 是否会等于是否会等于 n1？要产生要产生T，必须，必须nn1 异步异步机械能机械能 电能电能，是，是发电机发电机转子转速大于定子旋转磁场转速，转子转速大于定子旋转磁场转速， 发电！发电！笼型异步风力发电机的工作原理笼型异步发电机笼型异步发电

4、机 中中转差率转差率S 与运行状态的关系与运行状态的关系? 把同步转速把同步转速n1与转子转速与转子转速n的差与同步转速的差与同步转速n1的比值，称为的比值，称为转差率转差率，用，用s表示，即表示，即11nnsn 异步电机的特点之一是转子转速异步电机的特点之一是转子转速n和定子旋转磁场的同步转和定子旋转磁场的同步转速速n1不同。不同。n(1s)n1则转子转速则转子转速n可表示为：可表示为：笼型异步风力发电机的工作原理SNn1TnSNn1Tn用转差率用转差率s可以表示异步电机的运行状态可以表示异步电机的运行状态!nn10s00nn10s101n10ns笼型异步发电机的等值电路2R2jXjX1R1

5、RmjXm1U1E1I= =2E2I0I21Rss一相等值电路一相等值电路定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗转子可变电阻反映发电机的负载状况转子可变电阻反映发电机的负载状况铁损和铜损 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流损失两部分，电机空载时所消耗的功率。 铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组的铜损和副绕组的铜损，一般电机短路情况下的损耗就是铜损。笼型异步发电机的功率表述R1jX1RmjXm2R2jX21RssPmpCu2pCu1pFeP1PM1U1I0I2I12EE111 11cosPm U I定子输出功率：定子输出功率：定、转子铜损耗：定、转子铜

6、损耗：2Cu11 11pm I R2Cu21 22pm IR21 221msPm IRs机械输入功率：机械输入功率：电磁功率：电磁功率：221222222212coscosMRPm E Im E Im Is 2Fe1 0mpm I R铁损耗：铁损耗：笼型异步发电机的功率流程图R1jX1RmjXm2jX21Rss2I12EE1U1I0IP1pCu1pFepCu2PMPm2/Rspm+ paP22R笼型异步发电机的机械特性曲线TTmsnTmn101 0发电机电动机电磁制动Smax221122211122 ()() Rm pUsTRfRXXs电磁转矩：电磁转矩：电动机状态：电动机状态： 0nn1 ，

7、0s1发电机状态：发电机状态： 0n1n ，s0软特性软特性 vs. 硬特性硬特性笼型异步发电机的运行特点（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；（2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；（3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的机械特性曲线，max绝对值要大 ；（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置； 典型风力发电机系统 定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机

8、系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统(Rotor Current Control， RCC) 定义： 转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制（PWM）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。 系统的结构特征：（1）采用变桨风力机；（2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环；（3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电机的机械特性。转子电流受控的异步风力发电机系统(Rotor Current Control， RCC)转子采用类似于定

9、子的三相交流绕组，一般接成Y接；转子三相绕组可在转子内部联接，也可经滑环电刷装置将转子三相绕组端接线引出；转子三相绕组的端接线在转子内部短接时，发电机的机械特性类似于笼型异步发电机；外接附加电阻时，机械特性变软。转子电流受控的异步风力发电机系统(Rotor Current Control， RCC)转子电流斩波控制电路：原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电流RCC异步风力发电机系统的特点优点：（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;（2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化形成的动能，提高风能利

10、用率；（3）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电源。缺点： 旋转电力电子开关电路检修、更换困难。典型风力发电机系统 定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统系统主回路构成： 双馈异步发电机 交直交双向功率变换器双馈异步风力发电机系统双馈异步风力发电机（风冷）双馈异步风力发电机系统 风力发电机的关键部位：滑环（电刷）系统双馈异步风力发电机系统

11、什么是双馈电机什么是双馈电机？ 所谓双馈电机所谓双馈电机, ,就是将电能分别馈入绕线转子异步电机就是将电能分别馈入绕线转子异步电机的定子绕组和转子绕组的定子绕组和转子绕组, ,一般将定子绕组接入电网一般将定子绕组接入电网, ,而而接入转子绕组电源的频率、电压幅值和相位则需要按接入转子绕组电源的频率、电压幅值和相位则需要按要求分别进行调节要求分别进行调节 。 双馈电机的特点： （1）和异步电机区别：异步电机是通过定子从电网吸收励磁电流,本身无励磁绕组,而双馈与同步机一样有独立的励磁绕组;异步电机无法改变功率因数;异步电机的转速随负荷变化而变化 。 （2）和同步机区别 ：同步机励磁只可调节电流的幅