風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)

第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)--1-第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成部件及其功用從能量轉(zhuǎn)換的角度看,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由兩大局部組成。其一是風(fēng)力機(jī),它的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;其二是發(fā)電機(jī),它的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。本講首先介紹風(fēng)力機(jī)的類型和構(gòu)造。1風(fēng)力機(jī)的類型風(fēng)力機(jī)的種類和式樣很多,難以一一盡述。但由于風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主要部件是受風(fēng)力作用而旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪,因此,風(fēng)力機(jī)依風(fēng)輪的構(gòu)造及其在氣流風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的形式是水平軸風(fēng)力機(jī)。1.11.1垂直,如圖1.1轉(zhuǎn)平面成一角度φ(安裝角)。水平軸風(fēng)力機(jī)隨風(fēng)輪與塔架相對(duì)位置的不同而有上風(fēng)向與下風(fēng)向之分。風(fēng)輪稱為下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)。上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)必需有某種調(diào)向裝置來保持風(fēng)輪迎風(fēng)。而下風(fēng)于一局部空氣通過塔架后再吹向風(fēng)輪,這樣,塔架就干擾了流過葉片的氣流而形風(fēng)輪風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)最重要的部件，它是風(fēng)力機(jī)區(qū)分于其他機(jī)械的最主要特征就是風(fēng)輪。風(fēng)輪一般由2～3能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量送給傳動(dòng)裝置。風(fēng)輪一般由葉片〔也稱槳葉、輪轂組成。小型風(fēng)力機(jī)的葉片常用優(yōu)質(zhì)木材加工制成,外表涂上保護(hù)漆,其根部與輪轂相接處使第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)--3-更好。3。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片橫截面的外形，接近于流線型；而風(fēng)力提水機(jī)的葉片多承受弧板型，也有承受1.2〔橫截面〕的幾種構(gòu)造。圖1.2葉片的構(gòu)造圖今后的趨勢(shì)都傾向于承受玻璃纖維或高強(qiáng)度復(fù)合材料。風(fēng)力機(jī)葉片都要裝在輪轂上。輪轂是風(fēng)輪的樞紐,也是葉片根部與主軸的連接件。全部從葉片傳來的力,都通過輪轂傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng),再傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的對(duì)夠的強(qiáng)度,并力求構(gòu)造簡潔,在可能條件下(如承受葉片失速掌握),葉片承受定槳距構(gòu)造,馬上葉片固定在輪轂上(無俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)),這樣不但能簡化構(gòu)造設(shè)計(jì),提高壽命,而且能有效地降低本錢。調(diào)速或限速裝置在很多狀況下,要求風(fēng)力機(jī)不管風(fēng)速如何變化轉(zhuǎn)速總保持恒定或不超過某一限定值,為此目的而承受了調(diào)速或限速裝置。當(dāng)風(fēng)速過高時(shí),這些裝置還用來限轉(zhuǎn)變?nèi)~片的槳距角。偏離風(fēng)向超速保護(hù)計(jì)風(fēng)速的強(qiáng)風(fēng)時(shí)風(fēng)輪超速甚至葉片被吹毀,常承受使風(fēng)輪水平或垂直旋轉(zhuǎn)的方法,一個(gè)水平或垂直的距離,從而產(chǎn)生一個(gè)偏心距。相對(duì)的一側(cè)安裝一副彈簧,一端系在與風(fēng)輪構(gòu)成一體的偏轉(zhuǎn)體上,一端固定在機(jī)座底盤或尾桿上。預(yù)調(diào)彈簧力,使與彈簧力矩相平衡。在遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí),可使風(fēng)輪轉(zhuǎn)到與風(fēng)向相平行,以到達(dá)停轉(zhuǎn)。利用氣動(dòng)阻力制動(dòng)圖1.3當(dāng)風(fēng)輪超速時(shí),減速板因所受的離心力對(duì)鉸接軸的力矩大于彈簧張力的力矩,從而繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)成為擾流器,增加風(fēng)輪阻力起到減速作用。風(fēng)速降低后它們又回到原對(duì)輸出扭矩起重要作用。當(dāng)風(fēng)輪超速時(shí),葉尖可繞掌握軸轉(zhuǎn)60°或90°,從而產(chǎn)生空氣阻力,對(duì)風(fēng)輪起制動(dòng)作用,葉尖的旋轉(zhuǎn)可利用螺旋槽和彈簧機(jī)構(gòu)來完成,也可由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。部件的壓力,并允許風(fēng)力機(jī)在很大的風(fēng)速下運(yùn)行,因而應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在中小型風(fēng)力機(jī)中,承受離心調(diào)速方式比較普遍,利用槳葉或安裝在風(fēng)輪上的配重所受的離心力來進(jìn)展掌握。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加時(shí),旋轉(zhuǎn)配重或槳葉的離心力隨之增加并壓縮彈簧,使葉片的槳距角轉(zhuǎn)變,從而使受到的風(fēng)力減小,以降低轉(zhuǎn)速。當(dāng)離心力等于彈簧張力時(shí)即到達(dá)平衡位置。在大型風(fēng)力機(jī)中,常承受電子掌握的液壓機(jī)構(gòu)來掌握MOD20型風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用兩個(gè)裝在輪轂上的液壓調(diào)整器MOD21型風(fēng)力發(fā)電機(jī)則承受液壓調(diào)整器推動(dòng)連接葉片根部的連桿來推動(dòng)葉片。這種葉片節(jié)距掌握可用于改善風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)特性、發(fā)電機(jī)聯(lián)網(wǎng)前的速度調(diào)整(削減聯(lián)網(wǎng)時(shí)的沖擊電調(diào)向裝置向掌握(對(duì)大型的下風(fēng)向風(fēng)力機(jī),為減輕構(gòu)造上的振動(dòng),往往也承受對(duì)風(fēng)掌握系A(chǔ)′與風(fēng)輪掃掠面積A關(guān)系:A′=0.16Ae/LeL為尾舵中心到轉(zhuǎn)向軸的距離(圖1.3)。第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)--5-圖1.3尾舵調(diào)向由于尾舵調(diào)向裝置構(gòu)造笨重,因此很少用于中型以上的風(fēng)力機(jī)。側(cè)風(fēng)輪如圖1.4所示,在機(jī)艙的側(cè)面安裝一個(gè)小風(fēng)輪,其旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)輪主輪蝸桿機(jī)構(gòu)使主風(fēng)輪轉(zhuǎn)到對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向?yàn)橹埂D1.4側(cè)風(fēng)輪調(diào)向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)向跟蹤系統(tǒng)對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,一般承受電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)向跟蹤系統(tǒng)。整個(gè)偏航系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)構(gòu)、偏航調(diào)整系統(tǒng)和扭纜保護(hù)裝置等局部組成。偏航調(diào)整系統(tǒng)包括風(fēng)向標(biāo)和偏航系統(tǒng)調(diào)整軟件。風(fēng)向標(biāo)對(duì)應(yīng)每一個(gè)風(fēng)向都有一個(gè)相應(yīng)的脈沖輸出信號(hào),通過偏航系統(tǒng)軟件確定其偏航方向和偏對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向?yàn)橹?。如機(jī)艙在同一方向偏航超過3圈以上時(shí),則扭纜保護(hù)裝置動(dòng)作,執(zhí)行解纜。當(dāng)回到中心位置時(shí)解纜停頓。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.5)。但不是每一種風(fēng)力機(jī)都必需具備全部這些環(huán)節(jié)。有些風(fēng)力機(jī)的輪轂直接連無齒輪箱的,風(fēng)輪直接連接到發(fā)電機(jī)。在整個(gè)傳動(dòng)系中除了齒輪箱其它部件根本上一目了然。圖1.5傳動(dòng)系統(tǒng)的部件及位置風(fēng)力機(jī)所承受的齒輪箱一般都是增速的,大致可以分為兩類,即定軸線齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)。定軸線齒輪傳動(dòng)構(gòu)造簡潔,維護(hù)簡潔,造價(jià)低廉,故常為風(fēng)力機(jī)承受。行星齒輪傳動(dòng)具有體積小、重量輕、承載力量大、工作平穩(wěn)和在某些狀況下效率高等優(yōu)點(diǎn),但構(gòu)造相對(duì)較為簡單,造價(jià)較高,因而不為風(fēng)力機(jī)所廣泛承受。塔架風(fēng)力機(jī)的塔架除了要支撐風(fēng)力機(jī)的重量,還要承受吹向風(fēng)力機(jī)和塔架的風(fēng)壓,以及風(fēng)力機(jī)運(yùn)行中的動(dòng)載荷。它的剛度和風(fēng)力機(jī)的振動(dòng)有親熱關(guān)系,假設(shè)說塔架管柱型和桁架型兩類,管柱型塔架可從最簡潔的木用拉線來加強(qiáng)。中、大型塔桿為了運(yùn)輸便利,可以將鋼管分成幾段。一般圓柱形塔架對(duì)風(fēng)的阻力較小,特別是對(duì)于下風(fēng)向風(fēng)力機(jī),產(chǎn)生紊流的影響要比桁架式塔架小。桁架式塔架常用于中小型風(fēng)力機(jī)上,其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)不高,運(yùn)輸也便利。但這種塔架會(huì)使下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)的葉片產(chǎn)生很大的紊流。發(fā)電機(jī)及發(fā)電系統(tǒng)(1)對(duì)發(fā)電機(jī)及發(fā)電系統(tǒng)的一般要求方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合它們的運(yùn)行方式重點(diǎn)解決以下問題：直流電。②高效率地實(shí)現(xiàn)上述兩種能量轉(zhuǎn)換，以降低每度電的本錢。用戶供給穩(wěn)定的電能。〔2〕恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般來說比較簡潔，所承受的發(fā)電機(jī)主要有兩種，即同后者則以稍高于同步速的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。同步發(fā)電機(jī)下才考慮承受單相發(fā)電機(jī)。本文對(duì)其概要作一介紹。圖1.6三一樣步發(fā)電機(jī)構(gòu)造原理圖一般三一樣步發(fā)電機(jī)的原理構(gòu)造如圖1.6所示。在定子鐵心上有假設(shè)干槽，槽If被風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，則磁場(chǎng)與定子三相繞組之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而在定子三相繞fp和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，即F=p*n/60 每相繞組的電勢(shì)有效值為E=kw∮0 11繞組匝數(shù)有關(guān)的常數(shù)。同步發(fā)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以向電網(wǎng)或負(fù)載供給無功功率，一臺(tái)額定容量、功率因數(shù)為0.8的同步發(fā)電機(jī)可以在供給100kw電網(wǎng)供給,+75kw和-75kw之間的任何無功功率值。它不僅可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以單獨(dú)運(yùn)行，滿足各種不同負(fù)載的需要。機(jī)也比較高。感應(yīng)發(fā)電機(jī)一般承受鼠籠型異步電機(jī)。它的定子鐵心和定子繞組的構(gòu)造與同步發(fā)電機(jī)一樣。導(dǎo)條，在鐵心兩端用鋁或銅端環(huán)將導(dǎo)條短接。轉(zhuǎn)子不需要外加勵(lì)磁，沒有滑環(huán)和s s時(shí)電機(jī)中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向一樣。假設(shè)感應(yīng)電機(jī)由某原動(dòng)機(jī)(如風(fēng)力機(jī))驅(qū)動(dòng)至高于同步速的轉(zhuǎn)速(n>ns運(yùn)行，其作用是把機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β?。我們把s=(n-n)/n稱為轉(zhuǎn)差率，則s ss>0，而作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)s<0。感應(yīng)發(fā)電機(jī)的功率輸出特性曲線如圖2所示。可以看出，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，通常在高于同步轉(zhuǎn)速3%～5%轉(zhuǎn)速，感應(yīng)發(fā)電機(jī)將進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。圖1.7感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出功率特性感應(yīng)發(fā)電機(jī)一方面對(duì)電網(wǎng)輸出有功功率，另一方面又必需從電網(wǎng)吸取落后的無功一個(gè)是電機(jī)本身存在肯定的剩磁；另一個(gè)是在發(fā)電機(jī)的定子輸出端與負(fù)載并聯(lián)一組適當(dāng)容量的電容器，使發(fā)電機(jī)的磁化曲線與電容特性曲線交于正常的運(yùn)行點(diǎn)，產(chǎn)生所需的額定電壓，如圖1.8所示。圖1.8感應(yīng)發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的自勵(lì)電路及電壓建立過程a〕自勵(lì)電路 b〕電壓建立過程圖中與磁化曲線不飽和段相切的直線就是臨界電第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)--9-容線，它與橫座標(biāo)軸的夾角β為ktgβ=U/Z=1/wck 1 0 k式中c為空載時(shí)的臨界電容。在空載時(shí)，要建立正常電壓，必使β<β，k k或使c>c。也即外接電容必需大于某一臨界值。增加電容量，可使β角減小，使ks∣增大，要維持頻率f由外接電容器所產(chǎn)生的電容性電流必需比空載時(shí)大大增加，也即需要相應(yīng)地增加其電容值。上述兩個(gè)要求假設(shè)不能滿足，則電壓、頻率將難以穩(wěn)定，嚴(yán)峻時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓的消逝，所以必需有自動(dòng)調(diào)整裝置，否則負(fù)載變化時(shí)，很難避開端電壓及頻率的變化。感應(yīng)發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的比較如表1所示。表1感應(yīng)發(fā)電機(jī)與同步發(fā)電機(jī)的比較a)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)工程勵(lì)磁尺寸及重量并網(wǎng)穩(wěn)定性維護(hù)檢修工程功率因數(shù)沖擊電流單獨(dú)運(yùn)行及電壓調(diào)整

感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子與同步發(fā)電機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子為鼠籠型，構(gòu)造簡潔，固定。由電網(wǎng)取得勵(lì)磁電流，不需要?jiǎng)?lì)磁裝置及勵(lì)磁調(diào)整裝置。無勵(lì)磁裝置，尺寸較小，重量較輕。強(qiáng)制并網(wǎng)，不需要同步裝置。無失步現(xiàn)象，運(yùn)行時(shí)只需適當(dāng)限制負(fù)荷。定子的維護(hù)與同步機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子根本上不需要維護(hù)。b)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)感應(yīng)發(fā)電機(jī)功率因數(shù)有輸出功率打算，不能調(diào)整。由于需要電網(wǎng)供給的無功電流，導(dǎo)致功率因數(shù)下降。強(qiáng)制并網(wǎng)，沖擊電流大，有時(shí)需要實(shí)行限流措施。單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，電壓，頻率調(diào)整比較簡單。。

同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上由勵(lì)磁繞組和阻尼繞組，構(gòu)造較簡單。需要?jiǎng)?lì)磁裝置及勵(lì)磁調(diào)整裝置。有勵(lì)磁裝置，尺寸較大，重量較重。需要同步合閘裝置。負(fù)載急劇變化時(shí)可能失步。除定子外，勵(lì)磁繞組及勵(lì)磁調(diào)整裝置需要維護(hù)。同步發(fā)電機(jī)功率因數(shù)可以很簡潔地通過勵(lì)磁調(diào)整裝置予以調(diào)整，既可以在滯后的功率因數(shù)下運(yùn)行，也可以在超前的功率因數(shù)下運(yùn)行。由于有同步裝置，并網(wǎng)時(shí)沖擊電流很小。單獨(dú)運(yùn)行時(shí)可以很便利地調(diào)整電壓。(3)變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)這是20世紀(jì)70年月中期以后漸漸進(jìn)展起來的一種型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于風(fēng)輪以變速運(yùn)行，可以在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定的最正確葉尖速此外，這種風(fēng)力機(jī)在構(gòu)造上和有用中還有很多的優(yōu)越性。利用電力電子學(xué)是實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行最正確化的最好方法之一，雖然與恒速恒頻系統(tǒng)相比可能使風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置的電氣局部變得較為簡單和昂貴，但電氣局部的本錢在中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所占比例不大，因而進(jìn)展中、大型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組受到很多國家的重視。介紹。不連續(xù)變速系統(tǒng):一般說來，利用不連續(xù)變速發(fā)電機(jī)可以獲得連續(xù)變速運(yùn)行的某些好處，但不是全部好處。主要效果是比以單一轉(zhuǎn)速運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組有較高的年發(fā)電量，由于流)實(shí)際上只是一臺(tái)單速風(fēng)力機(jī)，因此不能期望它像連續(xù)變速系統(tǒng)那樣有效地獵取變化的風(fēng)能。更重要的是，它不能利用轉(zhuǎn)子的慣性來吸取峰值轉(zhuǎn)矩，所以這種在某一時(shí)間內(nèi)只有一臺(tái)被聯(lián)接到電網(wǎng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使發(fā)電機(jī)在兩種風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下運(yùn)行在稍高于各自的同步轉(zhuǎn)速。內(nèi)，在某一時(shí)間內(nèi)僅有一個(gè)繞組在工作，轉(zhuǎn)子仍是通常的鼠籠型。電機(jī)有兩種轉(zhuǎn)速，分別打算于兩個(gè)繞組的極數(shù)。比起單速機(jī)來，這種發(fā)電機(jī)要重一些，效率也稍低一些，由于總有一個(gè)繞組未被利用，導(dǎo)致?lián)p耗相對(duì)增大。它的價(jià)格固然也比通常的單速電機(jī)貴。雙速極幅調(diào)制感應(yīng)發(fā)電機(jī)這種感應(yīng)發(fā)電機(jī)只有一個(gè)定子繞組，轉(zhuǎn)子同前，但可以有兩種不同的運(yùn)行速度，只是繞組的設(shè)計(jì)不同于一般單速發(fā)電機(jī)。它的每從而使磁場(chǎng)在兩種狀況下有不同的極數(shù)，導(dǎo)致兩種不同的運(yùn)行速度。這種電機(jī)定子繞組有六個(gè)接線端子，通過開關(guān)掌握不同的接法，即可得到不同的轉(zhuǎn)速。雙速單繞組極幅調(diào)制感應(yīng)發(fā)電機(jī)可以得到與雙繞組雙速發(fā)電機(jī)根本一樣的性能，但重量輕、體積小，因而造價(jià)也較低，它的效率與單速發(fā)電機(jī)大致一樣。缺點(diǎn)是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不是抱負(fù)的正弦形，因此產(chǎn)生的電流中有不需要的諧波重量。連續(xù)變速系統(tǒng):連續(xù)變速系統(tǒng)可以通過多種方法來得到，包括機(jī)械方法、電/機(jī)械方法、電氣方法及電力電子學(xué)方法等。機(jī)械方法如承受變速比液壓傳動(dòng)或可變傳動(dòng)比機(jī)械傳動(dòng)，電/機(jī)械方法如承受定子可旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)，電氣式變速系統(tǒng)如承受高但都存在這樣或那樣的缺點(diǎn)和問題，在實(shí)際應(yīng)用中難以推廣。目前看來最有前景的當(dāng)屬電力電子學(xué)方法，這種變速發(fā)電系統(tǒng)主要由兩局部組成，即發(fā)電機(jī)和電力電子變換裝置。發(fā)電機(jī)可以是市場(chǎng)上已有的通常電機(jī)如同步發(fā)電機(jī)、鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)、繞線型感應(yīng)發(fā)電機(jī)等，也有近來研制的型發(fā)電機(jī)如磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)、無刷雙饋發(fā)電機(jī)等；電子電子變換裝置有溝通/直流/溝通變換器和溝通/溝通變換器等。下面結(jié)合發(fā)電機(jī)和電力電子變換裝置介紹三種連續(xù)變速的發(fā)電系統(tǒng)。①同步發(fā)電機(jī)溝通//生頻率變化的電功率，電壓可通過調(diào)整電機(jī)的勵(lì)磁電流來進(jìn)展掌握。發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率變化的溝通電首先通過三相橋式整流器整流成直流電再通過線路換向的逆第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)--10-變器變換為頻率恒定的溝通電輸入電網(wǎng)。變換器中所用的電力電子器件可以是二極管、晶閘管(SCR)、可關(guān)斷晶閘管(GTR)(IGBT)等。除二極管只能用于整流電路外，其他器件都能用于雙向變換，即由溝通變換成直流時(shí)，它們起整流器作用；而由直流變換成溝通時(shí)，它們起逆變器作用。在設(shè)計(jì)變換器時(shí)，最重要的考慮是換向，換向是一組功率半導(dǎo)體器件從導(dǎo)通狀態(tài)關(guān)斷，而另一組器件從關(guān)斷狀態(tài)導(dǎo)通。在變速系統(tǒng)中，可以有兩種換向，即自然換向(又稱線路換向)和強(qiáng)迫換向。當(dāng)變換器與溝通電網(wǎng)相聯(lián)，在換向時(shí)刻，利用電網(wǎng)電壓反向加在導(dǎo)通的半導(dǎo)體器件兩端使其關(guān)斷，這種換向稱為自然換向或線路換向。而強(qiáng)迫換向則需要附加換向器件(如電容器等)，利用電容器上的充電電荷按極性反向加在半導(dǎo)體器件上強(qiáng)迫其關(guān)斷。這種強(qiáng)迫換向逆變器常用于獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，而線路換向逆變器則用于與電網(wǎng)或其他發(fā)電設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)。一般說來，承受線路換向的逆變器比較簡潔、廉價(jià)。開關(guān)這些變換器中的半導(dǎo)體器件，通常有兩種方式：矩形波方式和脈寬調(diào)制到半個(gè)周期，由此產(chǎn)生的溝通電壓波形呈階梯形而不是正弦形，含有較大的諧波重量，必需濾掉。脈寬調(diào)制法是利用高頻三角波和基準(zhǔn)正弦波的交點(diǎn)來掌握半導(dǎo)體器件的開關(guān)時(shí)刻，如圖1.9所示。關(guān)掌握方法。圖1.9脈寬調(diào)制原理這種由同步發(fā)電機(jī)和溝通/直流/溝通變換器組成的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)是電力電子變換器處于系統(tǒng)的主回路，因此容量較大，價(jià)格也較貴。②磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)這種變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)由一臺(tái)特地設(shè)計(jì)的高頻溝通發(fā)電機(jī)和一套電力電子變換電路組成，圖1.10示出磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)單相輸出系統(tǒng)frf的低頻溝通電勵(lì)磁(fm m即為所要求的輸出頻率，一般為50f遠(yuǎn)低于頻率f時(shí)，發(fā)電機(jī)三m r個(gè)相繞組的輸出電壓波形將是由頻率為(f+f)和(f-f)的兩個(gè)重量組成的調(diào)幅波r m r m(圖中波形b)f，包絡(luò)線所包含的高頻波的頻率是mfc所示的根本頻率為rf6fm rf的恒頻正弦波輸出(波形e)/直m流/溝通系統(tǒng)相比，磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，由于經(jīng)橋式整流器后因而換向簡潔簡潔，換向損耗小，系統(tǒng)效率較高。其次，晶閘管開關(guān)電路輸出波形中諧波重量很小，且諧波頻率很高，很易濾去，可以得到相當(dāng)好的正弦輸出波形。第三，磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出頻率在原理上與勵(lì)磁電流頻率一樣，因而這種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)或柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行格外簡潔牢靠。這種發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)與交/直/交系統(tǒng)類似，即電力電子變換裝置處在主電路接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由一臺(tái)頻率、電壓可調(diào)的低頻電源(一般承受交/流器)供給三相低頻勵(lì)磁電流，圖6給出這種系統(tǒng)的原理方框圖。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組通過三相低頻電流時(shí)，在轉(zhuǎn)子中形成一個(gè)低速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度(n)2n(nrn±n=nr 2 1

1(4)波形a 波形b 波形c 波形de圖1.10磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)單相輸出系統(tǒng)方框圖及各局部輸出電壓波形e圖1.11雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)第一章大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)--13-轉(zhuǎn)速n隨之而變化。在n變化的同時(shí)，相應(yīng)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)子電流的頻率和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速r rn2系統(tǒng)中所承受的循環(huán)變流器是將一種頻率變換成另一種較低頻率的電力變換裝置，半導(dǎo)體開關(guān)器件承受線路換向，為了獲得較好的輸出電壓和電流波形，輸出頻率一般不超過輸入頻率的三分之一。由于電力變換裝置處在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路(勵(lì)磁回路)，其容量一般不超過發(fā)電機(jī)額定功率的30%。這種系統(tǒng)中的發(fā)電n22除定子向電網(wǎng)饋送電力外，轉(zhuǎn)子也向電網(wǎng)饋送一局部電力；在后一種狀況下，則在定子向電網(wǎng)饋送電力的同時(shí)，需要向轉(zhuǎn)子饋入局部電力。上述系統(tǒng)由于發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的繞線式感應(yīng)電機(jī)類似，一般具有電刷和滑環(huán)，需要肯定的維護(hù)和檢修。目前正在爭論一種型的無刷雙饋發(fā)電機(jī)，它承受雙極定子和嵌套耦合的籠型轉(zhuǎn)子。這種電機(jī)轉(zhuǎn)子類似鼠籠型轉(zhuǎn)子，定子類似單繞組雙速感應(yīng)電機(jī)的定子，有633個(gè)則通過電力變換裝置與電網(wǎng)相聯(lián)。前3個(gè)端子輸出的電力，其頻率與電網(wǎng)頻率一樣，/除具有一般雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)就是電機(jī)構(gòu)造簡潔牢靠，由于沒有電刷和滑環(huán)，根本上不需要維護(hù)。風(fēng)電系統(tǒng)。小型直流發(fā)電系統(tǒng)直流發(fā)電系統(tǒng)大都用于10千瓦以下的微、小型風(fēng)力發(fā)電裝置，與蓄電池儲(chǔ)能協(xié)作使用。雖然直流發(fā)電機(jī)可直接產(chǎn)生直流電，但由于直流電機(jī)構(gòu)造簡單，價(jià)格貴，而且由于帶有整流子和電刷，需要的維護(hù)也多，不適于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境。所以，在這種系統(tǒng)中所用的電機(jī)主要是溝通永磁發(fā)電機(jī)和無刷自勵(lì)發(fā)電機(jī)，經(jīng)整流器整流后輸出直流電。溝通永磁發(fā)電機(jī)的定子槽面積和較大的繞組導(dǎo)體截面，額定電流密度取得較低。時(shí)應(yīng)綜合考慮。無刷爪極自勵(lì)發(fā)電機(jī)無刷爪極自勵(lì)發(fā)電機(jī)，與一般同步電機(jī)的區(qū)分僅在于它的勵(lì)磁系統(tǒng)局部。其定子鐵心及電樞繞組與一般同步電機(jī)根本一樣。由于爪極發(fā)電機(jī)的磁路系統(tǒng)是一種并聯(lián)磁路構(gòu)造，全部各對(duì)極的磁勢(shì)均來自一套共同的勵(lì)磁繞組，因此與一般同8極電機(jī)，在每極磁通及磁路磁密一樣的條件下，爪極電機(jī)勵(lì)磁繞組所需的銅線及其所消耗的勵(lì)磁功率將不到一般同步電機(jī)的一半，故具有較高的效率。另外無刷爪極電機(jī)與永磁電機(jī)一樣均系無刷構(gòu)造，根本上不需要維護(hù)。與永磁發(fā)電機(jī)相比，無刷爪極發(fā)電機(jī)除了機(jī)械摩擦力矩外根本上沒有什么起動(dòng)阻力矩。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有很好的調(diào)整性能，通過調(diào)整勵(lì)磁可以很便利地掌握它的輸出特性，并有可能使風(fēng)力機(jī)實(shí)現(xiàn)最正確葉尖速比運(yùn)行，得到最好的運(yùn)行效率。這