异步发电机ppt课件.ppt

1 国电联合动力技术 宜兴 异步发电机 YIXING COMPANYLTD DOCID Presentation20120801 v01 AsynchronousGenerator 2 目录Content 内容介绍GeneralInformation 3 一 异步发电机AsynchronousGenerator 同步发电机定义 转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机包括 汽轮发电机 水轮发电机 柴油发电机 永磁直驱发电机 半直驱高速永磁 异步发电机定义 利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种交流发电机包括 笼鼠发电机 双馈发电机 一 异步发电机 4 1 1异步发电机基本原理 基本原理 电机运行时可逆的 异步电机既可以作电动机运行 又可以作发电机运行 当定子外加电压作电动机运行时 转速n总是低于气隙旋转磁场的转速ns 即n ns 这时电机中产生的电磁转矩与转向相同 若电机空载运行 并外加一个驱动转矩使转速等于同步转速 即n ns 时 由于旋转磁场与转子间没有相对运动 电机的电磁功率为零 定子电流纯粹为激磁电流 定子从电网吸收的功率用于克服定子铜耗和铁耗 转子上的驱动功率则用于克服风耗和轴承损耗 若继续增大驱动转矩 转子的转速将高于同步转速 n ns 此时转子导体切割旋转磁场的方向就与n ns时相反 因而转子感应电势的方向就与n ns时相反 转子电流的有功分量随之反向 在电网电压不变的情况下 为了维护气隙主磁通的数值 转子电流有功量的反向 于是 电机由电动机过渡到发电机状态 1 1异步发电机基本原理 5 1 2异步电机有三种运行状态 S 0 n ns S 1 n 0 0 S 1 0 n ns 三种运行状态 发电机状态 电动机状态 电磁制动状态 1 2异步电机有三种运行状态 6 发电机每一线圈中的感应电势为 1 2异步电机有三种运行状态 7 等值电路 1 2异步电机有三种运行状态 8 有功功率及无功功率计算 计算发电机发出的有功功率及吸收的感性无功功率激磁回路与转子回路的并联阻抗为输入阻抗发电机输出的电流发电机输出的有功功率发电机吸收的感性无功功率 1 2异步电机有三种运行状态 9 单机运行的异步发电机称为自励异步发电机 这种自励异步发电机必须在定子绕组的端点上并接适当的电容器 利用电容来供给异步发电机的励磁电流从而使异步发电机建立起电压 并在气隙中产生旋转磁场 只要异步发电机的转子有剩磁存在 当原动机带动转子旋转后 转子的剩磁磁通 就会切割定子绕组 并在定子绕组中感应出剩磁电势 通过定子绕组产生的磁势和剩磁磁通 方向相同 该电势又使流过电容器的电流增加 周而复始 导致电机中的磁通增大 从而使定子绕组中的电势不断增高 最终使发电机的空载电压达到稳定值 自励异步发电机的基本电路 1 3自励异步发电机 1 3自励异步发电机 10 1 4并网异步发电机 异步发电机接入电网极为简单 只要将转子拖到尽可能接近同步转速 并且转向和定子磁场旋转方向一致即可并入电网 也就是先把旋转的异步电机的定子绕组并联在电网上 然后再把转速n调到异步机的同步转速以上 便可向电网输出电压 频率与电网完全一致的电力 定子绕组的电势和频率取决于电网的电压和频率 并在异步发电机接入电网时自动的建立起来 必须特别注意 由于发电机从它所联接的电网获得励磁 所以 异步发电机输向电网的电流频率和它自身的转差率无关 并网运行时 需从电网吸收滞后的无功功率以产生旋转磁场 异步发电机并网运行的优点是接入电网时不需要整步 运行中不会发生振荡 而这些却是同步发电机经常遇到的困难 当发生短路时 除瞬时的短路电流外 不会有大的短路稳定电流 因为此时异步发电机将失去励磁 增加转速 就增加输出给电网的电流 功率 由于需从电网吸收滞后的无功功率以产生旋转磁场 这就恶化了电网的功率因数 使电网无功不足 影响了电压的稳定性 因此 必须给电网并联适当的电容以补偿无功 1 4并网异步发电机 11 Pa 有功功率 KWQa 无功功率 KVarPs 视在功率 KVAQc 电容器容量 Kvar 功率因数角 并联电容补偿无功 1 4并网异步发电机 12 发电机与电网不存在直接耦合 发电机发出的电压或频率跟随风力机的变化而变化 通过变流器整流逆变后接入电网 优点 结构简单 运行可靠 维护方便缺点 需要全功率变频器 容量较大 全功率变流异步发电机 1 4并网异步发电机 13 1 5鼠笼发电机 异步电机 定子 转子 气隙 1 5鼠笼发电机 14 绕线型转子 笼型转子 鼠笼转子 导条感应电动势很小 不需绝缘 结构简单 节约材料 鼠笼异步发电机 气隙 异步电机 定子 转子 散绕组 硬绕组 1 5鼠笼发电机 15 鼠笼异步电机 转子铁心插入导条 并用端环将导条短路 构成笼型绕组 铜条 铸铝 1 5鼠笼发电机 16 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 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 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 Smax绝对值要大 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 鼠笼异步发电机的运行特点 1 5鼠笼发电机 17 鼠笼电机实例 400kW高压电机 10kv 结构 转子 1 5鼠笼发电机 18 定子 1 5鼠笼发电机 19 带绕组定子铁心 1 5鼠笼发电机 20 电机总装配 1 5鼠笼发电机 21 目录Content 2 双馈发电机Doubly FedGenerator 22 双馈异步风力发电机实例 二 双馈发电机Doubly FedGenerator 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因数 提高系统的稳定性 2 1双馈发电机的工作原理 2 1双馈发电机的工作原理 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 2 1双馈发电机的工作原理 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 定子发电转子需要吸收有功 2 1双馈发电机的工作原理 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 定子发电转子发电 双馈的含义 2 1双馈发电机的工作原理 2 1双馈发电机的工作原理 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cos 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 2 1双馈发电机的工作原理 1 配套变频器的容量小 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 2 具有变速恒频的特性 3 可以实现有功功率和无功功率的调节 2 2双馈发电机的特点 2 2双馈发电机的特点 4 风能利用系数Cp得到优化 进行最大风能捕获控制 获得高的利用效率 5 较平滑的电功率输出 6 发电机的转速高 电机的体积小 7 需要齿轮箱 8 滑环碳刷需要维护 9 控制复杂 目前成熟的应用广泛的控制方案 DTC控制和VC控制 2 2双馈发电机的特点 宜兴发电机型号的含义 2 3宜兴公司双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 宜兴双馈风力发电机系列 1 5MW双馈风力发电机 6MW双馈风力发电机 2MW双馈风力发电机 3MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 适用于高原 沙漠 低温环境 特殊的轴承和滑环结构设计保证了发电机良好的运行状态和极低的故障率 采用带内置风扇的径向通风方式 通风效果好 温升曲线均匀采用空空冷却器 电机冷却方式 IC616重载增量型编码器 给变频器提供可靠稳定的速度信号定 转子均采用真空压力浸漆 VPI 工艺 电气强度和机械强度高发电机结构紧凑 重量轻 效率高 电压波形畸变率低 满足友好型电网要求 1 5MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 额定输出功率 1550kW定子额定电压 690V转子开路电压 约1874V功率因数 0 9 ind 1 0 0 9 cap 可调额定频率 50Hz额定转速 1753r min定子接线方式 Y转子接线方式 Y转速范围 977r min 1965r min工作制 S1安装方式 IM1001 B3 旋转方向 从轴伸端看为逆时针CCW效率 96 7 并网点的电压波形畸变率 4 1 5MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 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 G1绝缘等级 H转动惯量 65kgm2最大工作转速 2000r min电机总重量 6 5t 1 5MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 1 5MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 C4H防腐结构 适用于海基型风电机组 特殊的轴承和滑环结构设计保证了发电机良好的运行状态和极低的故障率 采用带内置风扇的径向通风方式 通风效果好 温升曲线均匀采用空空冷却器 电机冷却方式 IC616重载增量型编码器 给变频器提供可靠稳定的速度信号定 转子均采用真空压力浸漆 VPI 工艺 电气强度和机械强度高发电机结构紧凑 重量轻 效率高 电压波形畸变率低 满足友好型电网要求 2MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 产品名称 2MW双馈异步发电机 产品型号 SKYF2100 4额定输出功率 2100kW定子额定电压 690V转子开路电压 约1894V功率因数 0 95 ind 1 0 0 95 cap 可调额定频率 50Hz额定转速 1780r min定子接线方式 Y转子接线方式 Y转速范围 900r min 2000r min工作制 S1安装方式 IM1001 B3 旋转方向 从轴伸端看为顺时针CW效率 96 8 并网点的电压波形畸变率 4 2MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 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 G1绝缘等级 H转动惯量 90kgm2最大工作转速 2000r min最大电机总重量 7t 2MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 C4H防腐结构 适用于海基型风电机组 特殊的轴承和滑环结构设计保证了发电机良好的运行状态和极低的故障率 采用径向通风方式 通风效果好 温升曲线均匀采用空水冷却器 电机冷却方式 IC81W重载增量型编码器 给变频器提供可靠稳定的速度信号定 转子均采用真空压力浸漆 VPI 工艺 电气强度和机械强度高发电机结构紧凑 重量轻 效率高 电压波形畸变率低 满足友好型电网要求 3MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 产品名称 3MW双馈异步发电机 产品型号 SKYF3100 6额定输出功率 3100kW定子额定电压 690V转子开路电压 约1859V功率因数 0 95 ind 1 0 0 95 cap 可调额定频率 50Hz额定转速 1320r min定子接线方式 转子接线方式 Y转速范围 700r min 1320r min工作制 S1旋转方向 从轴伸端看为逆时针CCW效率 97 并网点的电压波形畸变率 4 3MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 安装方式 IM1001 B3 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电机冷却方式 IC81W平衡等级 G1绝缘等级 H转动惯量 280kgm2电机总重量 9 5t 3MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 3MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 结构特点 适用于高原 沙漠 低温环境 特殊的轴承保证了发电机良好的运行状态和极低的故障率 新型的滑环结构和碳粉收集结构 电机冷却方式 IC86W重载增量型编码器 给变频器提供可靠稳定的速度信号定 转子均采用真空压力浸漆 VPI 工艺 电气强度和机械强度高发电机结构紧凑 重量轻 效率高 电压波形畸变率低 满足友好型电网要求带有报警装置的自动润滑系统 6MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 额定输出功率 6250kW定子额定电压 6600V转子开路电压 约1900V功率因数 0 95 ind 1 0 0 95 cap 可调额定频率 50Hz额定转速 1170r min定子接线方式 Y转子接线方式 Y转速范围 690r min 1330r min工作制 S1安装方式 IM1001 B3 旋转方向 从轴伸端看为逆时针CCW效率 97 3 并网点的电压波形畸变率 4 6MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 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平衡等级 G2 5绝缘等级 H转动惯量 620kgm2电机总重量 22t 6MW双馈风力发电机 2 3宜兴公司双馈风力发电机 2 4双馈发电机结构 以宜兴公司1 5MW双馈异步发电机为例 2 4双馈发电机结构 定子转子 主要零部件 2 4双馈发电机结构 前端盖 2 4双馈发电机结构 后端盖 2 4双馈发电机结构 集电环 刷架 2 4双馈发电机结构 定 转子接线盒 2 4双馈发电机结构 空 空冷却器 2 4双馈发电机结构 58 目录Content 1拆卸和装配2维护安全3维护计划4电机的整体清洁和维护检查项目5轴承的维护6电刷的维护7集电环的维护8集电环室的清洁9碳粉过滤器10自动注油泵 3 1 电机日常维护 以宜兴公司双馈异步风力发电机为例 3 1 电机日常维护 3 1 电机日常维护 原因 与原动机偶合不好轴承装配不当平衡块松动发电机系统振动太大旋转部分松动处理方法 重新偶合好检查轴承装配重校动平衡调整系统振动检查转子 对症处理 3 2 故障处理 3 2 1发电机振动大 3 2 故障处理 故障原因 装配不好轴承损坏旋转部分松动处理方法 重新装配按指定的型号更换轴承检查转子 对症处理 3 2 2发电机噪声太大 3 2 故障处理 原因 轴承故障通风故障电机过载系统振动过大冷却空气流量太小处理方法 检查轴承 对症处理排除通风故障减小负载对症处理加大流量 3 2 3电机过热 3 2 故障处理 处理方法 更换合适的轴承过松时 可用金属喷镀或镶套筒 过紧时 则需重新加工增加润滑脂检查自动注油泵是否正常工作 3 2 4轴承故障 3 2 故障处理 3 2 5绕组故障 故障原因