双馈异步发电机课件(精)

双馈异步发电机 一 风力发电机的主要类型 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 双馈异步发电机 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 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 双馈异步发电机 双馈异步发电机 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 三 双馈发电机的特点 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 四 双馈发机考核的关键点 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cos 1cos 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 双馈异步发电机 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 五 双馈异步发电机YRSFK500L1 4概况 发电机型号的含义 双馈异步发电机 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 总体结构概况 主要零部件 定子转子 前端盖 后端盖 集电环 刷架 定 转子接线盒 空 空冷却器 双馈异步发电机 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 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 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