風力發(fā)電機_本肖

1、華北電力大學控制與計算機工程學院華北電力大學控制與計算機工程學院 控制與計算機工程學院 肖運啟2內(nèi)容n1.風力發(fā)電機系統(tǒng)n2.同步發(fā)電機n3.異步發(fā)電機n4.雙饋發(fā)電機控制與計算機工程學院 肖運啟31.風力發(fā)電機系統(tǒng)風輪可將捕獲的風能轉換成機械能，帶動風輪主軸和傳動機構旋轉。連接在旋轉軸上的發(fā)電機，作為風電機組的一個重要組成部分，在接收風輪輸出的機械轉矩隨軸旋轉的同時，將通過電磁感應原理，產(chǎn)生感應電動勢，最終完成由機械能到電能的轉換過程。有齒輪箱的并網(wǎng)風力發(fā)電機組示意圖控制與計算機工程學院 肖運啟41.風力發(fā)電機系統(tǒng)要求n1.機械功率轉換能力n2.電能頻率控制能力n3.無功功率控制能力n4.工

2、況控制能力控制與計算機工程學院 肖運啟5n發(fā)電系統(tǒng)使用的同步發(fā)電機絕大部分是三相同步發(fā)電機。同步發(fā)電機主要包括定子和轉子兩部分。定子是同步電機產(chǎn)生感應電動勢的部件，由定子鐵芯、三相電樞繞組和起支撐及固定作用的機座組成。轉子的作用是產(chǎn)生一個強磁場，并且可以由勵磁繞組進行調(diào)節(jié)，主要包括轉子鐵心、勵磁繞組、滑環(huán)等。同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般分為兩類，一類用直流發(fā)電機作為勵磁電源的直流勵磁系統(tǒng)，另一類用整流裝置將交流變成直流后供給勵磁的整流勵磁系統(tǒng)。2.同步發(fā)電機控制與計算機工程學院 肖運啟62.同步發(fā)電機磁極類型n同步發(fā)電機的轉子有凸極式和隱極式兩種。大型風力發(fā)電機組一般采用隱極式同步發(fā)電機。同步發(fā)電

3、機結構示意圖（ a 凸極式，b 隱極式） 控制與計算機工程學院 肖運啟72.同步發(fā)電機同步轉速160pnf 原動機拖動轉子旋轉時，主磁場同轉子一起旋轉，就得到一個機械旋轉磁場，該磁場對定子發(fā)生相對運動，在定子繞組中感應出三相對稱的交流電勢。這個交流電勢的頻率取決于電機的極對數(shù)p和和轉子轉速 n。我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為50Hz，因此極對數(shù)與轉速之間有如下的固定關系 160 50np控制與計算機工程學院 肖運啟82. 永磁同步電機永磁同步發(fā)電機是同步電機的一種，應用于直驅式風力發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電機工作在較低轉速狀態(tài)，電機的轉子極對數(shù)較多，故發(fā)電機的直徑較大、結構也更復雜。為保證風電機組的變速

4、恒頻運行，發(fā)電機定子需通過通過全功率變頻器與電網(wǎng)連接。 直驅型變速恒頻風力發(fā)電機組的結構示意圖 控制與計算機工程學院 肖運啟93.異步電機結構n異步發(fā)電機實際上是異步電動機工作在發(fā)電狀態(tài)。異步發(fā)電機由兩個基本部分構成：定子和轉子，其定子與同步電機的定子基本相同，定子繞組為三相的；轉子則有鼠籠型和繞線型兩種 。 （a）鼠籠型異步電機及轉子繞組 （b）繞線式異步電機及轉子繞組圖異步發(fā)電機結構示意圖控制與計算機工程學院 肖運啟103.異步電機工作原理n如果給轉子加上機械負荷，轉子轉速就會慢下來。而定子磁鏈總是以同步速度旋轉，相對轉子就會有相對速度。因此，在轉子中根據(jù)電磁感應就會產(chǎn)生電壓、電流和轉矩。

5、產(chǎn)生的轉矩和該速度下驅動負荷所需要的轉矩相等時，轉子速度穩(wěn)定在低于同步速度的某個速度上，異步電機工作于電動機狀態(tài)，其轉子轉速小于同步轉速。n反過來，如果把轉子和風力機相連，通過升速齒輪驅動轉子超過它的同步速，那么轉子感應電流和電磁轉矩就改變了方向。而轉子的旋轉方向沒有改變，所以電磁轉矩是制動轉矩，此時，異步電機運行于發(fā)電機狀態(tài)。n因此異步電機只有在轉子轉速超過同步轉速時才能運行于發(fā)電狀態(tài)。 控制與計算機工程學院 肖運啟113.異步電機轉差率n異步電機的不同運行狀態(tài)用其轉差率S表示： 11100%nnSn轉差率特性曲線 異步發(fā)電機穩(wěn)定運行區(qū)域為AB段對應的轉速范圍內(nèi)（n11.05n1）?？梢越?/p>

6、理解為風力發(fā)電系統(tǒng)中運行的異步發(fā)電機是以稍高于三相定子電流旋轉磁場速度運行的恒速電機。 控制與計算機工程學院 肖運啟124.雙饋發(fā)電機雙饋異步發(fā)電機又稱交流勵磁發(fā)電機，具有定、轉子兩套繞組。定子結構與異步電機定子結構相同，具有分布的交流繞組。轉子結構帶有集電環(huán)和電刷。與繞線式異步電機和同步電機不同的是，轉子三相繞組加入的是交流勵磁，既可以輸入電能，也可以輸出電能。轉子一般由接到電網(wǎng)上的變流器提供交流勵磁電流，其勵磁電壓的幅值、頻率、相位、相序均可以根據(jù)運行需要進行調(diào)節(jié)。轉子也可向電網(wǎng)饋送電能，即電機從兩端（定子和轉子）進行能量饋送，“雙饋”由此得名。 雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)控制與計算機工程學院 肖運啟134.雙饋發(fā)電機運行特性控制與計算機工程學院 肖運啟144.雙饋發(fā)電機功率關系控制與計算機工程學院 肖運啟154. 雙饋型風電機-轉差勵磁轉子電流轉差率雙饋發(fā)電機轉子電流隨轉差率變化的控制過程控制與計算機工程學院 肖運啟16