雙饋異步發(fā)電機(jī)(金風(fēng))

1、雙饋發(fā)電機(jī)介紹雙饋發(fā)電機(jī)介紹工作原理工作原理 雙饋異步發(fā)電機(jī)是指將定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別雙饋異步發(fā)電機(jī)是指將定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別接入兩個(gè)獨(dú)立的三相對(duì)稱電源接入兩個(gè)獨(dú)立的三相對(duì)稱電源,定子繞組接入工頻電源定子繞組接入工頻電源,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組接入頻率、幅值、相位都可以按照要求進(jìn)行調(diào)節(jié)的子繞組接入頻率、幅值、相位都可以按照要求進(jìn)行調(diào)節(jié)的交流電源交流電源,即采用交直交或交交變頻器給轉(zhuǎn)子繞組即采用交直交或交交變頻器給轉(zhuǎn)子繞組供電的結(jié)構(gòu)供電的結(jié)構(gòu),如圖所示。如圖所示。 其中其中,轉(zhuǎn)子外加電壓的頻率轉(zhuǎn)子外加電壓的頻率在任何情況下必須與轉(zhuǎn)在任何情況下必須與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率保持一致子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率保持一致,當(dāng)改

2、變轉(zhuǎn)子外加電壓的幅當(dāng)改變轉(zhuǎn)子外加電壓的幅值和相位時(shí)即可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速及定子的功率因數(shù)。值和相位時(shí)即可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速及定子的功率因數(shù)。系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 如果在三相對(duì)稱繞組中通入三相對(duì)稱交流電如果在三相對(duì)稱繞組中通入三相對(duì)稱交流電,則將在電機(jī)則將在電機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電頻率此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電頻率f 2 及電機(jī)的極及電機(jī)的極對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)p 有關(guān)有關(guān),即即n2 = 60f 2/ p。 式中式中: n2 為繞線轉(zhuǎn)子三相對(duì)稱繞組通入頻率為為繞線轉(zhuǎn)子三相對(duì)稱繞組通入頻率為f 2 的三相的三相對(duì)稱電流后所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)稱電流后所產(chǎn)生的

3、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度。相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度。 從上式可知從上式可知,改變頻率改變頻率f 2 , 即可改變即可改變n2 。 若改變通入轉(zhuǎn)子三相電流的相序若改變通入轉(zhuǎn)子三相電流的相序, 還可以改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)還可以改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向。磁場(chǎng)的方向。 因此因此,若設(shè)若設(shè)n1 為對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)頻率為為對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)頻率為50Hz ( f 1 =50Hz) 時(shí)異步發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速）時(shí)異步發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速）, 而而n 為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度,則只要維持則只要維持n + n2 = n1 為常數(shù)為常數(shù),則異步電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電則異步電機(jī)定子

4、繞組的感應(yīng)電勢(shì)的頻率始終維持為勢(shì)的頻率始終維持為f 1 不變。不變。 f 2 = p ( n1 - n) / 60 = pn1/ 60 ( n1 - n) / n1 = sf 1 。 可見(jiàn)可見(jiàn),在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 只要只要在轉(zhuǎn)子繞組中通入滑差頻率在轉(zhuǎn)子繞組中通入滑差頻率( sf 1) 的電流的電流,則則在異步電機(jī)的定子繞組中就能產(chǎn)生在異步電機(jī)的定子繞組中就能產(chǎn)生50Hz 的恒頻的恒頻電勢(shì)。電勢(shì)。 當(dāng)在轉(zhuǎn)子繞組中串入頻率與其感應(yīng)電勢(shì)的頻率相當(dāng)在轉(zhuǎn)子繞組中串入頻率與其感應(yīng)電勢(shì)的頻率相同、相位與幅值可調(diào)電壓同、相位與幅值可調(diào)電壓2 后后,通過(guò)改變串入電

5、壓通過(guò)改變串入電壓2 與與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相角關(guān)系及其幅值大小轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相角關(guān)系及其幅值大小,即可將異步發(fā)電機(jī)調(diào)即可將異步發(fā)電機(jī)調(diào)整為整為超同步發(fā)電機(jī)、亞同步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)超同步發(fā)電機(jī)、亞同步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)三種狀態(tài)。三種狀態(tài)。其中其中,適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)子外加電壓適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)子外加電壓2 與與E2S 的相位關(guān)系時(shí)可提的相位關(guān)系時(shí)可提高電機(jī)的功率因數(shù)、改善電網(wǎng)特性。高電機(jī)的功率因數(shù)、改善電網(wǎng)特性。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率傳遞關(guān)系如下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率傳遞關(guān)系如下:(1) 亞同步發(fā)電區(qū)亞同步發(fā)電區(qū)(1 S 0) :在此種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在此種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n n1 同同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速,由滑差頻率為由滑差頻率為

6、f 2 的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n2 與與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同,因此因此n + n2= n1 。此時(shí)的電磁此時(shí)的電磁功率功率Pem 0 ,由電機(jī)定子繞組饋入電網(wǎng)；轉(zhuǎn)差功率由電機(jī)定子繞組饋入電網(wǎng)；轉(zhuǎn)差功率Ps 0 ,由電由電網(wǎng)通過(guò)變頻器提供給轉(zhuǎn)子繞組網(wǎng)通過(guò)變頻器提供給轉(zhuǎn)子繞組,電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為(1 - S) Pem ,如圖。如圖。(2) 超同步發(fā)電區(qū)超同步發(fā)電區(qū)( S n1 同同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速,改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為f 2 的電流相序的電流相序,則其則其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n2 的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的

7、轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反,因此因此有有n - n2 = n1 。為了實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)n2反向反向,在由亞同步運(yùn)行轉(zhuǎn)在由亞同步運(yùn)行轉(zhuǎn)向超同步運(yùn)行時(shí)向超同步運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子三相繞組必須能自動(dòng)改變其向序轉(zhuǎn)子三相繞組必須能自動(dòng)改變其向序;反反之之,也是一樣。此時(shí)的電磁功率也是一樣。此時(shí)的電磁功率Pem 0 ,由轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變頻器將其饋由轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變頻器將其饋入電網(wǎng)入電網(wǎng),電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為(1 + | S| ) Pem ,如圖。如圖。(3) 同步運(yùn)行區(qū)同步運(yùn)行區(qū): 此種狀態(tài)下此種狀態(tài)下n = n1 ,滑差頻率滑差頻率f 2 = 0 ,這表明此時(shí)這表明此時(shí)通入轉(zhuǎn)子繞組的電流的頻率為通入轉(zhuǎn)

8、子繞組的電流的頻率為0 ,也即是直流電流也即是直流電流,因此與因此與普通同步發(fā)電機(jī)一樣。普通同步發(fā)電機(jī)一樣。 此時(shí)此時(shí), S = 0 , Pem = Pmec ,機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能并通過(guò)定子繞組饋入電網(wǎng)并通過(guò)定子繞組饋入電網(wǎng),轉(zhuǎn)子繞組僅提供電機(jī)勵(lì)磁。轉(zhuǎn)子繞組僅提供電機(jī)勵(lì)磁。與基本恒速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比較與基本恒速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比較,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有以下主要特點(diǎn)有以下主要特點(diǎn):發(fā)電機(jī)可以在超同步和亞同步速?gòu)V泛區(qū)域內(nèi)運(yùn)行發(fā)電機(jī)可以在超同步和亞同步速?gòu)V泛區(qū)域內(nèi)運(yùn)行,而且功而且功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)率因數(shù)可以調(diào)節(jié),整個(gè)系統(tǒng)具有較好的特性。整個(gè)系統(tǒng)具有

9、較好的特性。(2) 通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的頻率、幅值、相位等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的頻率、幅值、相位等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變速恒頻功能。速恒頻功能。 由電機(jī)學(xué)原理可知由電機(jī)學(xué)原理可知,異步電機(jī)頻率具有下述關(guān)系異步電機(jī)頻率具有下述關(guān)系:f 1 = f m f R (超同步時(shí)取超同步時(shí)取- ,亞同步時(shí)取亞同步時(shí)取+ ) ;f 1 定子電壓頻率定子電壓頻率;f m 主軸傳動(dòng)的機(jī)械頻率主軸傳動(dòng)的機(jī)械頻率;f R 電機(jī)工作的轉(zhuǎn)差頻率。電機(jī)工作的轉(zhuǎn)差頻率。 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度變化時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度變化時(shí),只要相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)子磁只要相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的頻率勢(shì)的頻率,即可使定子頻率為一常數(shù)即可使定子頻率為一常數(shù),實(shí)現(xiàn)變速恒頻

10、功能。實(shí)現(xiàn)變速恒頻功能。 (3) 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)和風(fēng)力機(jī)的功率特性可獲得最佳匹并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)和風(fēng)力機(jī)的功率特性可獲得最佳匹配。配。圖為不同風(fēng)速時(shí)風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲圖為不同風(fēng)速時(shí)風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。線。 曲線曲線Pm ( n) 是各風(fēng)速下功率曲線頂點(diǎn)連線是各風(fēng)速下功率曲線頂點(diǎn)連線,即為風(fēng)力即為風(fēng)力機(jī)在各種風(fēng)速下的最大功率輸出曲線。機(jī)在各種風(fēng)速下的最大功率輸出曲線。 可以看出可以看出, Pm ( n) 近似與轉(zhuǎn)速的三次方成正比例。采近似與轉(zhuǎn)速的三次方成正比例。采用雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時(shí)用雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時(shí),通過(guò)控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓通過(guò)控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓(或電流或電流) 的頻

11、率、幅值、相位和相序的頻率、幅值、相位和相序,使發(fā)電機(jī)的功率特性按圖中使發(fā)電機(jī)的功率特性按圖中Pem ( n) 曲線變化曲線變化,從而實(shí)現(xiàn)了在多種風(fēng)速下發(fā)電機(jī)與風(fēng)從而實(shí)現(xiàn)了在多種風(fēng)速下發(fā)電機(jī)與風(fēng)力機(jī)功率特性的最佳匹配力機(jī)功率特性的最佳匹配,使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獲得最大風(fēng)能使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獲得最大風(fēng)能利用率。利用率。變頻器容量的選擇變頻器容量的選擇 根據(jù)實(shí)際風(fēng)速的要求和風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍較根據(jù)實(shí)際風(fēng)速的要求和風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍較窄的特點(diǎn)窄的特點(diǎn),電機(jī)轉(zhuǎn)速一般為電機(jī)轉(zhuǎn)速一般為(0.7-1.3) 倍額定轉(zhuǎn)速倍額定轉(zhuǎn)速,即電機(jī)即電機(jī)轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)差功率在35 % Pem之間。轉(zhuǎn)差功率大小決定了變頻之間。轉(zhuǎn)差功率

12、大小決定了變頻器容量的大小器容量的大小,因此因此,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器容量?jī)H為雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器容量?jī)H為發(fā)電機(jī)功率的發(fā)電機(jī)功率的1/41/3。適用范圍適用范圍 由于風(fēng)力機(jī)及電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于風(fēng)力機(jī)及電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)適用雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)適用范圍一般選定在下述范圍內(nèi)范圍一般選定在下述范圍內(nèi): 功率功率:3003000kW 電壓電壓:400690V(常用常用) 功率因數(shù)功率因數(shù):0.9 (滯后滯后) 0.9 (超前超前) 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率: 25 %(最大最大35 %) 雙饋式風(fēng)力機(jī)是目前世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電的研雙饋式風(fēng)力機(jī)是目前世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電的研究熱點(diǎn)之一究熱點(diǎn)之一,我國(guó)已

13、有部分地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)開(kāi)始使用這我國(guó)已有部分地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)開(kāi)始使用這種風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的恒速風(fēng)力機(jī)種風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的恒速風(fēng)力機(jī),其性能優(yōu)勢(shì)體其性能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在現(xiàn)在: 控制轉(zhuǎn)子電流就可以在大范圍內(nèi)控制電機(jī)轉(zhuǎn)差、有功功控制轉(zhuǎn)子電流就可以在大范圍內(nèi)控制電機(jī)轉(zhuǎn)差、有功功率和無(wú)功功率率和無(wú)功功率,參與系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)參與系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性; 不需要無(wú)功補(bǔ)償裝置不需要無(wú)功補(bǔ)償裝置; 可以追蹤最大風(fēng)能可以追蹤最大風(fēng)能 ,提高風(fēng)能利用率提高風(fēng)能利用率; (4) 降低輸出功率的波動(dòng)和機(jī)組的機(jī)械應(yīng)力降低輸出功率的波動(dòng)和機(jī)組的機(jī)械應(yīng)力; (5) 在轉(zhuǎn)子側(cè)控制功率因數(shù)在轉(zhuǎn)子側(cè)

14、控制功率因數(shù),可提高電能質(zhì)量可提高電能質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)安全、便捷實(shí)現(xiàn)安全、便捷并網(wǎng)并網(wǎng);( 6) 其變頻器容量?jī)H占風(fēng)力機(jī)額定容量的其變頻器容量?jī)H占風(fēng)力機(jī)額定容量的25%左右左右,與其他全與其他全功率變頻器相比大大降低變頻器的損耗及投資。功率變頻器相比大大降低變頻器的損耗及投資。 因此因此,目前的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般是這種變槳距目前的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般是這種變槳距控制的雙饋式風(fēng)力機(jī)控制的雙饋式風(fēng)力機(jī),但其主要缺點(diǎn)在于控制方式相對(duì)復(fù)但其主要缺點(diǎn)在于控制方式相對(duì)復(fù)雜雜,機(jī)組價(jià)格昂貴。機(jī)組價(jià)格昂貴。從上面的分析看出從上面的分析看出,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有諸多的優(yōu)點(diǎn)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有諸多的優(yōu)點(diǎn),下面下面介紹介紹1500kW 575V 樣機(jī)的技術(shù)要點(diǎn)樣機(jī)的技術(shù)要點(diǎn):型式型式:三相繞線型異步發(fā)電機(jī)三相繞線型異步發(fā)電機(jī)規(guī)格規(guī)格:YRKK500 6 1500kW575V