双馈异步风力发电机(讲).doc

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1、双馈异步风力发电机(西莫讲堂)1.引言：风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW的永磁直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动

2、异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPM下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW，1.5MW，2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。2.双馈异步发电机的原理：所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转

3、速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。有个大致感觉是1.5MW发电机的定子发电量大概1200KW，转子大约300KW，

4、转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。3.双馈异步发电机的设计难点：结构设计难点：因机舱封闭体积，风机运行环境非常恶劣，需要气温-30～55度之间正常运行，希望电机尺寸尽量小，风机对发电机重量有严格要求，部分厂家对转子转动惯量也有要求。发电机需要高速运行，但振速要小，通常要小于2.8mm/s。此外对于水冷的电机入水温度较高，需要考虑维修和维护问题！比如轴承自动加油等！还有就是，整个发电机是倾斜运行的，大概4～5度的倾斜角度，这个在结构设计时候需要考虑～～大家看到发电机的轴承就知道了。

5、电气设计难点：风机需要效率97%以上，由于转子绕组接变频器，接变频器就会引发谐波电流，会引起铜耗，铁耗等！此外定子转子承受很大冲击电压，提高绕组温升问题是优先考虑，转子电流非常大，上千安培，滑环设计也是难点！电机会有轴电流，需要考虑绝缘问题！同时高空运行需要防雷处理！转子绕组线规非常大，成型困难！尽量控制转子输出功率尽量小于30%，以缩小变频器的功率。Q＆A：如果是电动机运行的话，怎么启动呢，能直接启动吗？需要转子先短路后等达到一定速度后再双馈吗？一般铭牌上会有低速和高速的数据，一般是在风速3m/s到14m/s运行

6、，低速下面,定子发出电能，转子由变频器交流送电驱动（无功功率），比如1.5MW的发电机它可能工作速度为300～1800都有可能，你们看看铭牌就知道了，就是说叶片速度太低，这个系统就不工作的，只有一定风速下，整个系统才会运行，机舱上面有个自动侧风速的风速仪。我的风力发电是33kw的,也是一个异步发电机,整个结构也和你说的差不多,可是我还真没发现有变频器,它是怎么个原理呢？对于小功率发电机，没必要加变频器，你想想变频器价格昂贵。一般是矢量控制还是直接转矩控制呢？通常变频器是PWM矢量控制的。增速箱的速比可以调节吗？可以

7、的。齿轮箱的外形结构如下所示：齿轮箱照片1齿轮箱照片2齿轮箱数据参数不要齿轮箱，那电机转速太低，变频器容量要大了吧？齿轮箱能免则免，太笨重而且要维护。不要齿轮箱的话，得用同步机，低速一般只能选择同步机。但是同步机一般直径很大。齿轮箱转速比一般是固定的还是运行过程中要调节？齿轮箱转速比一般是固定的。设计风力发电机一般按F级绝缘设计吗，好像散热不太好？按H级设计，散热不好，所以绝缘级别高。电机在亚同步的时候，转子电流是流入转子的，在超同步后转子发电，电流流出转子，磁场方向是否改变？因为在这个过程中转子电流已经换向了？电

8、流反向期间是否有过零点？双馈异步电机的有三个运行状态即“亚同步状态（转速小于同步转速时）”、“同步状态”以及“超同步状态”，在电机的运行过程中，从转子电流看，是逐渐增大的趋势，而转子功率有正负变化，越到后面无功功率越来越大。是电压正负反向吗？不是这么理解的，功率为正可以认为电机是向外输送电能，功率为负可以认为变频器向电机输送电能。4、双馈异步发电机的结构特点