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) 1. 引言： 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(jià)格約占機(jī)組的10%左右。發(fā)電機(jī)主要包括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(shí)，不需要龐大的齒輪箱 ，但是機(jī)組體積和重量都很大，1.5MW的永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)機(jī)艙會(huì)達(dá)到5米，整個(gè)重量達(dá)80噸。同時(shí)，永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的單價(jià)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(gè)齒輪箱，也就少了個(gè)故障點(diǎn)。異步發(fā)電機(jī)是由風(fēng)機(jī)拖動(dòng)齒輪箱，再帶動(dòng)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100倍，以讓風(fēng)機(jī)在15

2、00RPM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，2MW三種機(jī)型，異步發(fā)電機(jī)的機(jī)組單價(jià)低，1KW大概需6000元左右，而且技術(shù)成熟，國產(chǎn)化高。 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(shí)可以發(fā)出電能，發(fā)電機(jī)原理理論上說只要有動(dòng)力帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)就能直接發(fā)出電能?，F(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(dòng)慣量），通過主軸傳動(dòng)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(lì)磁變流器勵(lì)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

3、箱變速，帶動(dòng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)轉(zhuǎn)子接變頻器，通過變頻器PWM控制以達(dá)到定子側(cè)輸出相對(duì)完美正弦波，同時(shí)在額定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子側(cè)也能同時(shí)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(duì)完美的正弦無諧波電能，同時(shí)在額定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子也能發(fā)出功率出來。有個(gè)大致感覺是1.5MW發(fā)電機(jī)的定子發(fā)電量大概1200KW，轉(zhuǎn)子大約300KW，轉(zhuǎn)子側(cè)發(fā)出的功率要在30%以下，總之越少越好 這樣可以讓變頻器功率小點(diǎn)。 3. 雙饋異步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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?3055度之間正常運(yùn)行，希望電機(jī)尺寸盡量小，風(fēng)機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)重

4、量有嚴(yán)格要求，部分廠家對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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/s。此外對(duì)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(dòng)加油等！還有就是，整個(gè)發(fā)電機(jī)是傾斜運(yùn)行的，大概45度的傾斜角度，這個(gè)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)候需要考慮大家看到發(fā)電機(jī)的軸承就知道了。 電氣設(shè)計(jì)難點(diǎn)：風(fēng)機(jī)需要效率97%以上，由于轉(zhuǎn)子繞組接變頻器，接變頻器就會(huì)引發(fā)諧波電流，會(huì)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(jì)也是難點(diǎn)！電機(jī)會(huì)有軸電流，需要考慮絕緣問題！同時(shí)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

5、轉(zhuǎn)子輸出功率盡量小于30%，以縮小變頻器的功率。 QA： 如果是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的話，怎么啟動(dòng)呢，能直接啟動(dòng)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(huì)有低速和高速的數(shù)據(jù)，一般是在風(fēng)速3m/s到14m/s運(yùn)行，低速下面,定子發(fā)出電能，轉(zhuǎn)子由變頻器交流送電驅(qū)動(dòng)（無功功率），比如1.5MW的發(fā)電機(jī)它可能工作速度為 3001800 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(gè)系統(tǒng)就不工作的，只有一定風(fēng)速下，整個(gè)系統(tǒng)才會(huì)運(yùn)行，機(jī)艙上面有個(gè)自動(dòng)側(cè)風(fēng)速的風(fēng)速儀。 我的風(fēng)力發(fā)電是33kw的,也是一個(gè)異步發(fā)電機(jī),整個(gè)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(gè)原理呢？ 對(duì)于

6、小功率發(fā)電機(jī)，沒必要加變頻器，你想想變頻器價(jià)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PWM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： 下載 (34.15 KB)2008-7-1 00:09 齒輪箱照片1 下載 (45.51 KB)2008-6-30 23:17 齒輪箱照片2 下載 (18.97 KB)2008-6-30 23:17 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

7、要調(diào)節(jié)？ 齒輪箱轉(zhuǎn)速比一般是固定的。 設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般按F級(jí)絕緣設(shè)計(jì)嗎，好像散熱不太好？ 按H級(jí)設(shè)計(jì)，散熱不好，所以絕緣級(jí)別高。 電機(jī)在亞同步的時(shí)候，轉(zhuǎn)子電流是流入轉(zhuǎn)子的，在超同步后轉(zhuǎn)子發(fā)電，電流流出轉(zhuǎn)子，磁場(chǎng)方向是否改變？因?yàn)樵谶@個(gè)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(gè)運(yùn)行狀態(tài)即“亞同步狀態(tài) （轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)）”、“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(shì)，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

8、能。 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(dòng)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(gè)很大的冷卻器。另外，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(gè)空氣冷卻器。同時(shí)，水冷電機(jī)客戶比較擔(dān)心腐蝕性。 下載 (70.17 KB)2008-6-30 23:17 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“離心式”兩種，圖示為“離心式”。 下載 (46.24 KB)2008-6-30 23:17 空冷發(fā)電機(jī)照片 QA： 水冷電機(jī)是如何冷卻？水冷電機(jī)里的水

9、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(dòng)了，在電機(jī)里面循環(huán)使用？ 送水溫度55度左右，機(jī)殼整圓圈焊接水管（10mm內(nèi)徑左右）。 55度是不是太高了？ 55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級(jí)絕緣不超過105K，通常制造按照H級(jí)絕緣制造，考核按照F級(jí)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(gè)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

10、不銹鋼的機(jī)殼不就不會(huì)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(jià)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(huì)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SKF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(dòng)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(huì)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(shí)候，軸承會(huì)立即損壞。 兩側(cè)都是陶瓷軸承嗎？ 兩側(cè)！電動(dòng)機(jī)只是一側(cè)，而我們發(fā)電機(jī)是兩側(cè)。 為什么電動(dòng)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(dòng)段一側(cè)。 另外，軸承潤滑油脂也不一樣，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)長時(shí)間才能維護(hù)一次，所以大部分發(fā)電機(jī)采用自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，這個(gè)潤滑系統(tǒng)是要加電池的，它可以自動(dòng)補(bǔ)油進(jìn)去。在特殊場(chǎng)合選用的電機(jī) 就需要