风力发电机_本肖

1、华北电力大学控制与计算机工程学院华北电力大学控制与计算机工程学院 控制与计算机工程学院 肖运启2内容n1.风力发电机系统n2.同步发电机n3.异步发电机n4.双馈发电机控制与计算机工程学院 肖运启31.风力发电机系统风轮可将捕获的风能转换成机械能，带动风轮主轴和传动机构旋转。连接在旋转轴上的发电机，作为风电机组的一个重要组成部分，在接收风轮输出的机械转矩随轴旋转的同时，将通过电磁感应原理，产生感应电动势，最终完成由机械能到电能的转换过程。有齿轮箱的并网风力发电机组示意图控制与计算机工程学院 肖运启41.风力发电机系统要求n1.机械功率转换能力n2.电能频率控制能力n3.无功功率控制能力n4.工

2、况控制能力控制与计算机工程学院 肖运启5n发电系统使用的同步发电机绝大部分是三相同步发电机。同步发电机主要包括定子和转子两部分。定子是同步电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑及固定作用的机座组成。转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节，主要包括转子铁心、励磁绕组、滑环等。同步发电机的励磁系统一般分为两类，一类用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统。2.同步发电机控制与计算机工程学院 肖运启62.同步发电机磁极类型n同步发电机的转子有凸极式和隐极式两种。大型风力发电机组一般采用隐极式同步发电机。同步发电

3、机结构示意图（ a 凸极式，b 隐极式） 控制与计算机工程学院 肖运启72.同步发电机同步转速160pnf 原动机拖动转子旋转时，主磁场同转子一起旋转，就得到一个机械旋转磁场，该磁场对定子发生相对运动，在定子绕组中感应出三相对称的交流电势。这个交流电势的频率取决于电机的极对数p和和转子转速 n。我国电力系统，规定交流电的频率为50Hz，因此极对数与转速之间有如下的固定关系 160 50np控制与计算机工程学院 肖运启82. 永磁同步电机永磁同步发电机是同步电机的一种，应用于直驱式风力发电系统。发电机工作在较低转速状态，电机的转子极对数较多，故发电机的直径较大、结构也更复杂。为保证风电机组的变速

4、恒频运行，发电机定子需通过通过全功率变频器与电网连接。 直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图 控制与计算机工程学院 肖运启93.异步电机结构n异步发电机实际上是异步电动机工作在发电状态。异步发电机由两个基本部分构成：定子和转子，其定子与同步电机的定子基本相同，定子绕组为三相的；转子则有鼠笼型和绕线型两种 。 （a）鼠笼型异步电机及转子绕组 （b）绕线式异步电机及转子绕组图异步发电机结构示意图控制与计算机工程学院 肖运启103.异步电机工作原理n如果给转子加上机械负荷，转子转速就会慢下来。而定子磁链总是以同步速度旋转，相对转子就会有相对速度。因此，在转子中根据电磁感应就会产生电压、电流和转矩。

5、产生的转矩和该速度下驱动负荷所需要的转矩相等时，转子速度稳定在低于同步速度的某个速度上，异步电机工作于电动机状态，其转子转速小于同步转速。n反过来，如果把转子和风力机相连，通过升速齿轮驱动转子超过它的同步速，那么转子感应电流和电磁转矩就改变了方向。而转子的旋转方向没有改变，所以电磁转矩是制动转矩，此时，异步电机运行于发电机状态。n因此异步电机只有在转子转速超过同步转速时才能运行于发电状态。 控制与计算机工程学院 肖运启113.异步电机转差率n异步电机的不同运行状态用其转差率S表示： 11100%nnSn转差率特性曲线 异步发电机稳定运行区域为AB段对应的转速范围内（n11.05n1）。可以近似

6、理解为风力发电系统中运行的异步发电机是以稍高于三相定子电流旋转磁场速度运行的恒速电机。 控制与计算机工程学院 肖运启124.双馈发电机双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双馈”由此得名。 双馈异步风力发电机系统控制与计算机工程学院 肖运启134.双馈发电机运行特性控制与计算机工程学院 肖运启144.双馈发电机功率关系控制与计算机工程学院 肖运启154. 双馈型风电机-转差励磁转子电流转差率双馈发电机转子电流随转差率变化的控制过程控制与计算机工程学院 肖运启16