雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)(講)

1、雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（西莫講堂）主講人：EdinburghEdinburgh關(guān)鍵詞：雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)會議摘要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括變頻器，控制器，齒輪箱（視機(jī)型而定），發(fā)電機(jī)，主軸承，葉片等等部件，在這些部件中發(fā)電機(jī)目前國產(chǎn)化程度最高，它的價格約占機(jī)組的 10%10%左右。發(fā)電機(jī)主要包括 2 2 種機(jī)型：永磁同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)。永磁同步發(fā)電機(jī)低速運(yùn)行時，不需要龐大的齒輪箱，但是機(jī)組體積和重量都很大，1.5MW1.5MW 的永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)機(jī)艙會達(dá)到 5 5 米，整個重量達(dá) 8080 噸。同時，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的單價較貴，技術(shù)復(fù)雜，制造困難，但是這種機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是少了個齒輪箱，也就少了個故障點(diǎn)。異

2、步發(fā)電機(jī)是由風(fēng)機(jī)拖動齒輪箱，再帶動異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行，因?yàn)槿~片速度很低，齒輪箱可以變速 100100 倍，以讓風(fēng)機(jī)在 1500RPM1500RPM 下運(yùn)行，目前流行的是雙饋異步發(fā)電機(jī)，主要有 1.25MW,1.5MW,2MW1.25MW,1.5MW,2MW 三種機(jī)型，異步發(fā)電機(jī)的機(jī)組單價低， 1KW1KW 大概需 60006000 元左右， 而且技術(shù)成熟，國產(chǎn)化高。2 2 .雙饋異步發(fā)電機(jī)的原理：所謂雙饋， 可以理解為定子、 轉(zhuǎn)子同時可以發(fā)出電能，發(fā)電機(jī)原理理論上說只要有動力帶動電動機(jī)，在電動機(jī)的定子側(cè)就能直接發(fā)出電能。現(xiàn)代變速雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理就是通過葉輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械轉(zhuǎn)矩 （即風(fēng)輪轉(zhuǎn)動

3、慣量） ，通過主軸傳動鏈，經(jīng)過齒輪箱增速到異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后，通過勵磁變流器勵磁而將發(fā)電機(jī)的定子電能并入電網(wǎng)。如果超過發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子也處于發(fā)電狀態(tài)，通過變流器向電網(wǎng)饋電。雙饋發(fā)電機(jī)正是由葉片通過齒輪箱變速，帶動電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，同時轉(zhuǎn)子接變頻器，通過變頻器 PWMPWM 控制以達(dá)到定子側(cè)輸出相對完美正弦波，同時在額定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子側(cè)也能同時發(fā)出電流，以達(dá)到最大利用風(fēng)能效果。通俗的講，就是要變頻器控制轉(zhuǎn)子電流，反饋到定子上面，保證定子發(fā)出相對完美的正弦無諧波電能，同時在額定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子也能發(fā)出功率出來。 有個大致感覺是 1.5MW1.5MW 發(fā)電機(jī)的定子發(fā)電量大概1200KW,1200KW,轉(zhuǎn)子

4、大約 300KW,300KW,轉(zhuǎn)子側(cè)發(fā)出的功率要在 30%30%以下，總之越少越好這樣可以讓變頻器功率小點(diǎn)3 3 . .雙饋異步發(fā)電機(jī)的設(shè)計難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)設(shè)計難點(diǎn)：因機(jī)艙封閉體積，風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境非常惡劣，需要?dú)鉁?30-305555 度之間正常運(yùn)行，希望電機(jī)尺寸盡量小，風(fēng)機(jī)對發(fā)電機(jī)重量有嚴(yán)格要求，部分廠家對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量也有要求。發(fā)電機(jī)需要高速運(yùn)行，但振速要小，通常要小于 2.8mm/s2.8mm/s。此外對于水冷的電機(jī)入水溫度較高，需要考慮維修和維護(hù)問題！比如軸承自動加油等！還有就是，整個發(fā)電機(jī)是傾斜運(yùn)行的，大概 4 45 5 度的傾斜角度，這個在結(jié)構(gòu)設(shè)計時候需要考慮大家看到發(fā)電機(jī)的軸承就知道了。電

5、氣設(shè)計難點(diǎn)：風(fēng)機(jī)需要效率 97%97%以上，由于轉(zhuǎn)子繞組接變頻器，接變頻器就會引發(fā)諧波電流，會引起銅耗，鐵耗等！此外定子轉(zhuǎn)子承受很大沖擊電壓，提高繞組溫升問題是優(yōu)先考慮，轉(zhuǎn)子電流非常大，上千安培，滑環(huán)設(shè)計也是難點(diǎn)！電機(jī)會有軸電流，需要考慮絕緣問題！同時高空運(yùn)行需要防雷處理！轉(zhuǎn)子繞組線規(guī)非常大，成型困難！盡量控制轉(zhuǎn)子輸出功率盡量小于30%,30%,以縮小變頻器的功率。Q&A:Q&A:如果是電動機(jī)運(yùn)行的話， 怎么啟動呢， 能直接啟動嗎？需要轉(zhuǎn)子先短路后等達(dá)到一定速度后再雙饋嗎？一般銘牌上會有低速和高速的數(shù)據(jù)，一般是在風(fēng)速3m/s3m/s 至 1114m/s14m/s 運(yùn)行，低速下面

6、，定子發(fā)出電能，轉(zhuǎn)子由變頻器交流送電驅(qū)動（無功功率），比如 1.5MW1.5MW 的發(fā)電機(jī)它可能工作速度為3003001801800 0都有可能， 你們看看銘牌就知道了，就是說葉片速度太低，這個系統(tǒng)就不工作的，只有一定風(fēng)速下， 整個系統(tǒng)才會運(yùn)行， 機(jī)艙上面有個自動側(cè)風(fēng)速的風(fēng)速儀。我的風(fēng)力發(fā)電是 33kw33kw 的,也是一個異步發(fā)電機(jī), ,整個結(jié)構(gòu)也和你說的差不多，可是我還真沒發(fā)現(xiàn)有變頻器,它是怎么個原理呢？對于小功率發(fā)電機(jī)，沒必要加變頻器，你想想變頻器價格昂貴一般是矢量控制還是直接轉(zhuǎn)矩控制呢?通常變頻器是 PWMPWM 矢量控制的。增速箱的速比可以調(diào)節(jié)嗎？可以的。齒輪箱的外形結(jié)構(gòu)如下所示:齒

7、輪箱照片 1 1齒輪箱照片 2 2.yr-FE：AB44D9.!L3。i93.J/.：,1barque,ypp.970kN*.f-Powhr1?flOknV*fM帕的河t；app.14t齒輪箱數(shù)據(jù)參數(shù)不要齒輪箱， 那電機(jī)轉(zhuǎn)速太低， 變頻器容量要大了吧？齒輪箱能免則免，太笨重而且要維護(hù)。不要齒輪箱的話，得用同步機(jī)，低速一般只能選擇同步機(jī)。但是同步機(jī)一般直徑很大。齒輪箱轉(zhuǎn)速比一般是固定的還是運(yùn)行過程中要調(diào)節(jié)?齒輪箱轉(zhuǎn)速比一般是固定的。設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般按 F F 級絕緣設(shè)計嗎，好像散熱不太好？按 H H 級設(shè)計，散熱不好，所以絕緣級別高。電機(jī)在亞同步的時候，轉(zhuǎn)子電流是流入轉(zhuǎn)子的，在超同步后轉(zhuǎn)子發(fā)電

8、，電流流出轉(zhuǎn)子，磁場方向是否改變？因?yàn)樵谶@個過程中轉(zhuǎn)子電流已經(jīng)換向了？電流反向期間是否有過零點(diǎn)？雙饋異步電機(jī)的有三個運(yùn)行狀態(tài)即亞同步狀態(tài)（轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時）”、同步狀態(tài)”以及超同步狀態(tài)”，在電機(jī)的運(yùn)行過程中，從轉(zhuǎn)子電流看，是逐漸增大的趨勢，而轉(zhuǎn)子功率有正負(fù)變化，越到后面無功功率越來越大。是電壓正負(fù)反向嗎？不是這么理解的，功率為正可以認(rèn)為電機(jī)是向外輸送電能，功率為負(fù)可以認(rèn)為變頻器向電機(jī)輸送電能4 4、雙饋異步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：目前流行的雙饋異步發(fā)電機(jī)，都是采用水冷或者空冷的方式的。同樣是水冷的電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與普通電動機(jī)不同的是：風(fēng)力發(fā)電機(jī)沒帶水冷冷卻器；而空冷的發(fā)電機(jī)多了一個很大的冷卻器。另

9、外，水冷發(fā)電機(jī)的機(jī)座是圓柱體的，機(jī)座里面焊接了很多水管，空冷發(fā)電機(jī)是長方體的，上面有個空氣冷卻器。同時,水冷電機(jī)客戶比較擔(dān)心腐蝕性。水冷發(fā)電機(jī)照片空冷發(fā)電機(jī)的風(fēng)扇分為軸流式”和萄心式”兩種，圖示為離心式空冷發(fā)電機(jī)照片Q&A:Q&A:4,水冷電機(jī)是如何冷卻？水冷電機(jī)里的水是循環(huán)的嗎？是不是冷水從管子里走帶走溫度？大家想想風(fēng)機(jī)那么高，怎么送水上去？其實(shí)水冷電機(jī)的水管連接循環(huán)水系統(tǒng)送水，全名叫恒溫自循環(huán)水裝置”，它可以保證送入電機(jī)水溫恒定。也就是說，裝上的水就不動了，在電機(jī)里面循環(huán)使用？送水溫度 5555 度左右，機(jī)殼整圓圈焊接水管（10mm10mm 內(nèi)徑左右）。5555 度是不是太

10、高了？5555 度是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度。電機(jī)的平均溫升一般是多少？F F 級絕緣不超過 105K,105K,通常制造按照 H H 級絕緣制造，考核按照 F F 級絕緣考核。水冷電機(jī)要比風(fēng)冷小吧？從重量和體積上大概能小多少？水冷電機(jī)少了一個冷卻器，體積小了一半左右，但是水長期流來流去，容易生銹。一旦生銹的話，整套的東西就無法工作了。用不銹鋼的機(jī)殼不就不會有水銹了么?不銹鋼的機(jī)座焊接和加工工藝都比較困難，一方面如果用不銹鋼，造價貴，而且不現(xiàn)實(shí)而且整套冷卻系統(tǒng)里不單單只有電機(jī)一樣?xùn)|西，水冷系統(tǒng)用戶不是會很放心。焊接的地方怎么防銹呢？一般要求工藝上要處理得好，具體怎么焊接的用什么材料焊接的都有講究，要采用特殊的工藝，白鋼焊條等等。發(fā)電機(jī)選用的軸承是絕緣軸承，電機(jī)是傾斜使用，前后軸承都是采用滾珠軸承， 現(xiàn)在絕大廠家采用的是 SKFSKF 的陶瓷絕緣軸承，其實(shí)無刷電機(jī)要求高的也用陶瓷絕緣軸承，有些電動機(jī)上面也選用絕緣軸承。為什么要用絕緣軸承？因?yàn)榇嬖谳S電壓，其實(shí)是軸電流只要是接變頻器，就會有諧波，只要有諧波，就三相不平衡，諧波大家可以把它想象為不規(guī)則的正旋波”，當(dāng)產(chǎn)生軸電流的時候，軸承會立即損壞。兩側(cè)都是陶瓷軸承嗎？兩側(cè)！電動機(jī)只是一側(cè)，而我們發(fā)電機(jī)是兩側(cè)。為什么電動機(jī)是一側(cè)，而發(fā)電機(jī)是兩側(cè)？發(fā)電機(jī)兩側(cè)都要鏈接?xùn)|西電機(jī)只是驅(qū)動段一側(cè)。另外，軸承潤滑油脂也不一樣，因?yàn)?/p>