雙饋發(fā)電機原理講解

1、雙饋發(fā)電機原理講解二.風(fēng)力發(fā)電機的主要類型1.異步發(fā)電機籠鼠式異步發(fā)電機特點：應(yīng)用于早期的風(fēng)力發(fā)電機，離網(wǎng)型的小型發(fā)電機，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定， 成本低。缺點：并網(wǎng)運行時，轉(zhuǎn)速必須超過同步轉(zhuǎn)速，在風(fēng)速較小的時候效率很差。一般 做成大小兩個發(fā)電機，或者改變定子繞組以改變同步轉(zhuǎn)速，按照風(fēng)速段轉(zhuǎn)換。繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機特點：轉(zhuǎn)子繞組外接電阻，在風(fēng)速變化的時候，改變外接電阻的大小以控制輸出 的功率。風(fēng)速大的時候多余的能量可以消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。雙饋異步發(fā)電機特點：使用雙饋變頻器對轉(zhuǎn)子進(jìn)行交流勵磁，隨著轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速的變化，改變交 流勵磁的交流電的頻率，幅值，相序以及相位，以使定子輸出的電壓幅值和電流 頻率保持

2、恒定，同時可以向電網(wǎng)輸出感性或容性的無功。2.同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機特點：轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，結(jié)構(gòu)簡單，不易損壞和維護方便，容量可以做到很 大。轉(zhuǎn)子可以做成很多級，這樣可以使其同步轉(zhuǎn)速降低，配合全功率變流器，在 低風(fēng)速的時候也可以發(fā)電。一般用于海上風(fēng)機。直流勵磁同步發(fā)電機特點：現(xiàn)在的水力和火力發(fā)電機組使用的形式，轉(zhuǎn)子由直流勵磁，改變勵磁電流的大小，可以調(diào)節(jié)輸出的功率大小和因數(shù)。三. 雙饋異步發(fā)電機原理1.旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場就是一種極性和大小不變，且以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場。從理論分析和實 踐證明，在對稱三相繞組中流過對稱三相交流電時會產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)磁場。三相對稱繞組就是三個外形、尺寸、匝數(shù)都完全相同

3、、首端彼此互隔1200、對稱地放置到定子槽內(nèi)的三個獨立的繞組由電網(wǎng)提供的三相電壓是對稱三相電壓，由于對稱三相繞組組成的三相負(fù)載是對iAImsin tiBImsin t 120iCImsi n t 240稱三相負(fù)載，每相負(fù)載的復(fù)阻抗都相等，所以，流過三相繞組的電流也必定是對稱三相電流。(2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向以異步電動機為例，說明旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和方向同勵磁電流的關(guān)系。1co t=0 o 時，合成磁場方向：向下2ot=60o 時，合成磁場方向順時針轉(zhuǎn)過 600。3ot=120o 時，合成磁場方向順時針又轉(zhuǎn)過 60o,共 120 o。4ot= 180o 時，合成磁場方向順時針又轉(zhuǎn)過 60o，共 1

4、80 o。當(dāng)三相對稱電流通入三相對稱繞組，必然會產(chǎn)生一個大小不變，且在空間以一定的轉(zhuǎn)速不斷旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360。則一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360。則ns60f,P （轉(zhuǎn)/分）旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向由通入三相繞組中的 電流的相序 決定的。 即當(dāng)通入三相對稱 繞組的對稱三相電流的相序發(fā)生改變時，即將三相電源中 任意兩相繞組接線互換 ， 旋轉(zhuǎn)磁場就會改變方向。3 變速恒頻發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電一個不同于火力發(fā)電和水力發(fā)電的地方，就是風(fēng)力的隨機變化性。風(fēng)速 隨機變化，風(fēng)向也隨機變化，這樣發(fā)電機獲得的機械能是不穩(wěn)定的，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的 機械轉(zhuǎn)速會在大范圍內(nèi)變化，假如使用同步發(fā)

5、電機，那么輸出的電壓幅值和頻率都 是不穩(wěn)定的。為了彌補轉(zhuǎn)子速度和同步轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差，可以在轉(zhuǎn)子繞組中進(jìn)行 交流勵磁，根據(jù)上面的旋轉(zhuǎn)磁場的論述，交流勵磁電流會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出一個 相對自身旋轉(zhuǎn)的磁場。 這樣轉(zhuǎn)子中的磁場相對于定子的實際轉(zhuǎn)速就有兩個部分組成，一個是轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速，一個是電磁轉(zhuǎn)速。二者的矢量和構(gòu)成產(chǎn)生定子中感應(yīng)電動 勢的實際轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電時，發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速是恒定的，同電網(wǎng)頻率和定子極對數(shù)有 關(guān)。60fs/Ps= nr+60fr/Pr式中： fs 為定子電壓頻率；Ps為電機定子的極對數(shù)；Pr 為電機轉(zhuǎn)子的極對數(shù)；nr為雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)速；fr為轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率。由上式可知，

6、 當(dāng)轉(zhuǎn)速 nr 發(fā)生變化時， 若調(diào)節(jié) fr 變化，可使 fs 保持恒定不變， 實現(xiàn)雙饋發(fā)電機的變速恒頻控制。4 雙饋變頻器工作原理上面講到，雙饋異步發(fā)電機在形式上和繞線轉(zhuǎn)子電動機是一致的，要實現(xiàn)風(fēng)力 發(fā)電機組的變速恒頻發(fā)電控制，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過滑環(huán)，由雙饋變頻器提供交流勵磁，雙饋變頻器由電網(wǎng)供電。雙饋發(fā)電機組原理圖雙饋變頻器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖4.1 雙饋變頻器的結(jié)構(gòu)雙饋變頻器一般使用交直交這種形式，兩邊各有一個 PWR 變流器，和電網(wǎng)連接的一般稱為網(wǎng)側(cè)變流器，和轉(zhuǎn)子連接的一般稱為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，中間使用直流環(huán)節(jié)將 兩邊連接起來。變流器可以實現(xiàn)整流和逆變這兩種基本的功能。功率元件一般使用 IGBT，并同二

7、極管反并聯(lián)。中間回路使用電容建立直流環(huán)節(jié)。4.2 工作原理電網(wǎng)的三相交流電經(jīng)過網(wǎng)側(cè)變流器的整流作用，在中間環(huán)節(jié)建立起來直流電壓。此時轉(zhuǎn)子側(cè)變流器處于逆變狀態(tài)， 將中間直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷海?輸出給轉(zhuǎn) 子繞組進(jìn)行勵磁?！半p饋” 其本意是能量的雙向反饋， 上面講到的情況是能量流動的一種形式， 屬 于電網(wǎng)給變頻器供電，變頻器對轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行勵磁，對轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行饋電。能量的 流向是從電網(wǎng)流向轉(zhuǎn)子。另外的一種形式是發(fā)電機轉(zhuǎn)子處于發(fā)電狀態(tài)， 向雙饋變頻器輸出能量， 此時轉(zhuǎn)子 側(cè)變流器處于整流狀態(tài)，中間直流環(huán)節(jié)不變，網(wǎng)側(cè)變流器處于逆變狀態(tài)，將中間直 流母線電壓逆變?yōu)楹碗娋W(wǎng)電壓幅值和頻率一致的交流電，將能

8、量反饋給電網(wǎng)。以上就是雙饋異步發(fā)電的簡單理論原理。5 雙饋發(fā)電機的三種工作狀態(tài)按照發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，雙饋發(fā)電機有三種不同的工作狀態(tài)。它的這種特點，使雙饋發(fā)電機組能在很寬的一段風(fēng)速范圍內(nèi)穩(wěn)定發(fā)電。這也是它比 常規(guī)異步發(fā)電機性能先進(jìn)的地方。5.1 亞同步狀態(tài)轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速小于發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速。（ 0S1）雙饋變頻器對雙饋異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵磁的最終目的，就是在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生 一個旋轉(zhuǎn)的磁場，這個磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速合成為轉(zhuǎn)子發(fā)電的實際轉(zhuǎn)速， 以便達(dá)到電機的同步轉(zhuǎn)速。使異步發(fā)電機像同步發(fā)電機一樣運行。此時的能量流動關(guān)系是， 變頻器給轉(zhuǎn)子供電， 能量由電網(wǎng)流向轉(zhuǎn)子。 定子輸出的 能量由兩部分組成，一是輪轂傳遞的機械能，一是轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)得到的能量。而輸送 到電網(wǎng)的能量是機械能。5.2 同步狀態(tài)轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速等于發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速。（ S=0）雙饋變頻器給轉(zhuǎn)子以直流勵磁，此時雙饋異步發(fā)電機就是同步發(fā)電機運行。除了轉(zhuǎn) 子繞組的一些損耗外，轉(zhuǎn)子不消耗能量用于勵磁發(fā)電。機械能全部轉(zhuǎn)化為電能從定 子輸出到電網(wǎng)。5.3 超同步狀態(tài)轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速大于發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速。（ S0）此時發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子都處于發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器處于整流狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器 處于逆變狀態(tài)。轉(zhuǎn)子發(fā)出的電能