直驱风机与双馈风机的主要区别.ppt

直驱风机与双馈风机 简单介绍 的区别 什么是风力发电机组 风力发电机组是将叶轮吸收的风能转化为机械能 再由发电机将机械能转化为电能 最终输出交流电的电气设备 广义地说 风能也是太阳能的一种形式 所以也可以说风力发电机 是一种以太阳为热源 以大气为工作介质的热能利用发电机 风力发电机组的分类 双馈风机 双馈风力发电机组主要由风轮 增速箱 双馈异步发电机 交 直 交变流器 变压器等组成 风轮经过增速后带动发电机 发电机定子绕组线端是发电机电力输出端 通过开关箱连接到交流电网 发电机转子绕组通过集电环连接到交 直 交变流器 变流器另一端连接变压器 变压器另一端通过开关箱连接到交流电网 这样组成的系统 可在发电机转速低于同步转速40 与高于同步转速15 内正常运行 直驱风机 直驱式风力发电机 是一种由风力直接驱动的发电机 亦称无齿轮风力发动机 这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式 免去齿轮箱这一传统部件 主要由风轮 永磁同步发电机 交 直 交变流器 变压器等组成 直驱式风力发电机组示意图 直驱风机与双馈风机的主要区别有哪几点 一 传动结构的区别 双馈风力发电机组的传动系统风机的传动系统一般包括风轮 主轴承 低速轴 高速轴 齿轮箱 联轴节和制动器等 但不是每一种风力机都必须具备所有这些环节 有些风力机的轮毂直接连接到齿轮箱上 不需要低速传动轴 直驱风力发电机组的传动系统风轮直接连接在发电机上 一 传动结构的区别 齿轮箱 齿轮箱又叫变速箱 是一种动力传达机构 通过不同齿数的齿轮啮合 将马达的转速转换到执行设备需要的转速 并能改变转矩的结构 齿轮箱分类 1 按内部传动链结构分为 平行轴结构齿轮箱和行星结构齿轮箱以及他们相互组合起来的齿轮箱 2 按变速次数分为 单级和多级 3 按转动的布置形式分为 展开式 分流式 和同轴式以及混合式等等 一 传动结构的区别 分流式同轴分流式同轴式 一 传动结构的区别 行星齿结构它们的转动轴线是不固定的 而是安装在一个可以转动的支架 蓝色 上 图中黑色部分是壳体 黄色表示轴承 行星齿轮 绿色 除了能像定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴 B B 转动之外 它们的转动轴还随着蓝色的支架 称为行星架 绕其它齿轮的轴线 A A 转动 绕自己轴线的转动称为 自转 绕其它齿轮轴线的转动称为 公转 就象太阳系中的行星那样 因此得名 行星齿轮 一 传动结构的区别 风电机组常用齿轮箱结构 一级行星加两级平行轴 两级行星加一级平行轴一级行星二级平行轴二级行星一级平行轴 一 传动结构的区别 齿轮箱不仅仅指发电机增速箱偏航电机 变桨电机的减速器都是齿轮箱 双馈异步发电机 双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连 转子绕组通过变流器与电网连接 转子绕组电源的频率 电压 幅值和相位按运行要求由变频器自动调节 机组可以在不同的转速下实现恒频发电 满足用电负载和并网的要求 由于采用了交流励磁 发电机和电力系统构成了 柔性连接 即可以根据电网电压 电流和发电机的转速来调节励磁电流 精确的调节发电机输出电压 使其能满足要求 二 发电机的区别 二 发电机的区别 直驱同步发电机 直驱同步发电机又叫低转速发电机 都是多极结构 有多极内转子结构与多极外转子结构等 只是要求在结构上更轻巧一些 近些年高磁能永磁体技术发展很快 在直驱式发电机中得到广泛应用 采用永磁体技术的直驱式发电机结构简单 效率高 磁直驱式发电机在结构上主要有轴式结构与盘式结构两种 轴式结构的磁场方向为径向气隙磁通 又分为内转子 外转子等 盘式结构的磁场方向为轴向气隙磁通 又分为中间转子 中间定子 多盘式等 二 发电机的区别 发电机依靠转子对定子的相对运动来发电 在定子与转子之间的间隙称为气隙 径向磁通 磁力线垂直于气隙面 与所在点直径方向平行 称为径向气隙磁通 轴向磁通 磁力线垂直于气隙面 与转轴方向平行 称为轴向气隙磁通 二 发电机的区别 内转子发电机外转子发电机盘式发电机不管内转子还是外转子 转动的部分永远是磁极 定子为绕组 直驱风机没有集电环 二 发电机的区别 三相交流发电机发电原理 假设三相交流发电机 定子铁芯的内圆均匀分布着6个槽 嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈 分别称之为A相线圈 B相线圈 C相线圈 当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线 都会感生交流电动势 其幅度与频率相同 实际的三相交流发电机定子铁芯上有多个槽多个三相绕组按规律均匀的分布在槽中 二 发电机的区别 比如转子有3对磁极 旋转一周磁场将循环3个周期 每旋转120度磁场变化1个周期 在定子铁芯内园周有18个嵌线槽 在120度机械角度里有6个槽 均匀分布A相 B相 C相3个线圈 另外两个120度里同样各自分布3个线圈 3个A相线圈串联起来即为整机的A相绕组 3个B相线圈串联起来即为整机的B相绕组 3个C相线圈串联起来即为整机的C相绕组 3个绕组的引出端为相线当转子匀速旋转时A B C相线圈顺序切割磁力线 都会感生交流电动势 其幅度与频率相同 二 发电机的区别 频率 交流电机转速与频率的关系可用如下公式 n 60f pn 电机转速 转 分钟f 电源频率p 电机磁极对数我国规定标准电源频率为f 50周 秒 所以旋转磁场的转速的大小只与磁极对数有关 磁极对数多 旋转磁场的转数就低 当电动机的绕组为一对N S极时 其旋转磁场和电源同步 也是3000r min 当绕组极对数为2时 旋转磁场为1500r min 极对数为3 旋转磁场为1000r min 余类推 但是电动机转子的转速总是落后于磁场同步转速的 如2对极的电动机实际转速约为1450r min这就是为什么直驱的发电机级数高的原因 三 发电结构的区别 风速是不稳定的 风力机的风轮转速是在不停的波动中 经过增速箱增速的发电机转子转速也跟随不断变化 采用普通交流发电机发出电的频率也是不断变化的 要想交流发电机输出频率稳定的电压 就必须保持转子转速稳定 也就是保证发电机内旋转磁场转速的稳定 交流同步发电机转子产生的磁场相对转子是不变的 发电机转速变 输出电压的频率也跟着变 如果转子产生的磁场相对转子可以旋转变化 也就是说必须要转子转速变化不影响旋转磁场的转速 三 发电结构的区别 举个例子 对于单极发电机输出电压频率为50Hz时 其内部旋转磁场的转速是50转 秒 如果转子也是50转 秒 则旋转磁场相对转子是静止的 当转子转速变为30转 秒时 让转子产生20转 秒的旋转磁场 两者转速加起来就能产生50转 秒的旋转磁场 就能发出50Hz的交流电 当转子转速变为60转 秒时 让转子产生10转 秒的反方向旋转磁场 两者转速加起来也能产生50转 秒的旋转磁场 就能发出50Hz的交流电来 三 发电结构的区别 旋转磁场 旋转磁场就是一种极性和大小不变 且以一定转速旋转的磁场 当三相对称电流通入三相对称绕组 必然会产生一个大小不变 且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场旋转磁场的旋转方向由通入三相绕组中的电流的相序决定的 即当通入三相对称绕组的对称三相电流的相序发生改变时 即将三相电源中任意两相绕组接线互换 旋转磁场就会改变方向 t 0 时 t 60 时 t 120 时 t 180 时 三 发电结构的区别 发电机定子绕组输出50Hz交流电输入同相序20Hz交流电风机在亚同步状态运行时 向转子输入功率 三 发电结构的区别 发电机定子绕组输出50Hz交流电输入直流电风机在同步状态运行时 向转子输入功率 三 发电结构的区别 发电机定子绕组输出50Hz交流电输入反相序10Hz交流电风机在超同步状态运行时 向电网输出功率 三 发电结构的区别 不同频率 幅值的电流整流成直流电逆变为与电网相位幅值频率一样的交流电 四 变频器的区别 变频器一般使用交直交这种形式 两边各有一个PWM变流器 和电网连接的一般称为网侧变流器 和发电机连接的一般称为机侧变流器 中间使用直流环节将两边连接起来 变流器可以实现整流和逆变这两种基本的功能 中间回路使用电容建立直流环节 双馈 其本意是能量的双向反馈 双馈风机发电的能量流动有两种形式 一种是电网给变频器供电 变频器对转子绕组进行励磁 对转子绕组进行馈电 能量的流向是从电网流向转子 另外的一种形式是发电机转子处于发电状态 向双馈变频器输出能量 此时转子侧变流器处于整流状态 中间直流环节不变 网侧变流器处于逆变状态 将中间直流母线电压逆变为和电网电压幅值和频率一致的交流电 将能量反馈给电网 双馈的优点是变频器的功率可以只的风机功率的三分之一 这样可以降低成本 但这也使使风机对电网的波动比较敏感 在电网电压波动时 比较容易跳闸脱网 四 变频器的区别 全功率风力发电机一般采用永磁发电机 也可以是其它类型的 但目前多用的是永磁同步发电机 成本高一些 但这时发电