《双馈异步发电机》PPT课件.ppt

双馈异步发电机上海南洋电机有限公司上海南洋电机有限公司2008.02.12 2008.02.12 一、一、风力发电机的主要类型风力发电机的主要类型二、双馈发电机的工作原理二、双馈发电机的工作原理 双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整，电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕组电压频率关系的数学表达式：绕组电压频率关系的数学表达式：f f1 1=（p/120p/120）nnr rff2 2 式中：式中：f f1 1为定子电压频率；为定子电压频率；p p为电机的极数；为电机的极数；n nr r为双馈发电机的转速；为双馈发电机的转速；f f2 2为转子励磁电压频率。为转子励磁电压频率。由上式可知，当转速由上式可知，当转速nrnr发生变化发生变化 时，若调节时，若调节f2f2变变化，可使化，可使f1f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制。速恒频控制。a.a.亚同步发电运行亚同步发电运行 n nr r n n1 1时时 ，（即（即 0 0S S1 1）f f2 2取正号，如果忽取正号，如果忽 略各种损耗，则发电略各种损耗，则发电机的能量关系为：机的能量关系为：P P电磁电磁=P=P机械机械+P+P转差转差 P P上网上网=P=P电磁电磁 （定子馈电，转子由变（定子馈电，转子由变 频器提供励磁）频器提供励磁）b.b.超同步发电运行超同步发电运行 n nr r n n1 1时，时，（即（即 S S1 1）f f2 2取负号，如果忽略取负号，如果忽略各种损耗，则发电机各种损耗，则发电机的能量关系为：的能量关系为：P P机械机械=P=P转差转差+P+P电磁电磁 P P上网上网=P=P转差转差+P+P电磁电磁 （定子馈电（定子馈电+转子馈转子馈电）电）注：注：n n1 1为发电机的同步为发电机的同步转速。转速。l l当双馈发电机输出的有功功率和转速保持恒定时，调节转当双馈发电机输出的有功功率和转速保持恒定时，调节转子励磁电流可以调节无功功率，控制功率因数。子励磁电流可以调节无功功率，控制功率因数。l l当处于当处于“欠励状态欠励状态”时，定子电流时，定子电流IsIs超前于电网电压超前于电网电压UsUs，定子电流中有超前的无功分量，发电机的输出中，有超前定子电流中有超前的无功分量，发电机的输出中，有超前的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增加转子励磁电流的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增加转子励磁电流时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流中超前的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功中超前的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功率变为零，定子侧电流中的无功分量也变为零，此时率变为零，定子侧电流中的无功分量也变为零，此时cos=1cos=1；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入“过过励状态励状态”，定子电流，定子电流IsIs滞后于电网电压滞后于电网电压UsUs，定子电流中有，定子电流中有滞后的无功分量，发电机将输出滞后性的无功功率，随着滞后的无功分量，发电机将输出滞后性的无功功率，随着转子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功分量也增加。转子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功分量也增加。l l因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因数滞后（感性）。双馈发电机具有与同步发电机相似的无数滞后（感性）。双馈发电机具有与同步发电机相似的无功功率调节特性曲线（即功功率调节特性曲线（即“V”“V”形曲线）形曲线）。三、双馈发电机的特点1.1.由于定子直接与电网连接，转子采用变频器由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为的最大转差率为25%35%25%35%，因而变频器的，因而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的最大容量仅为发电机额定容量的1/41/31/41/3。这。这样，系统的总体配置费用就比较低。样，系统的总体配置费用就比较低。2.2.具有变速恒频的特性。具有变速恒频的特性。3.3.可以实现有功功率和无功功率的调节。可以实现有功功率和无功功率的调节。四、双馈发机考核的关键点四、双馈发机考核的关键点1.1.工作特性工作特性工作特性工作特性a.a.空载特性测定空载特性测定b.b.负载特性测定（包括转负载特性测定（包括转子绕组短路状态下异步子绕组短路状态下异步发电机的固有特性和转发电机的固有特性和转子绕组由双向逆变器供子绕组由双向逆变器供电状态下的调节特性）电状态下的调节特性）c.c.效率计算和特性曲线绘效率计算和特性曲线绘制制2.2.温升考核温升考核温升考核温升考核a.a.coscos=1=1b.b.coscos3.3.一般电机试验项目一般电机试验项目一般电机试验项目一般电机试验项目 绝缘介电性能、噪绝缘介电性能、噪声、振动、超速、转动声、振动、超速、转动惯量等惯量等 4.4.其它其它其它其它a.a.输出电能质量输出电能质量 由于电网本身质量的影响因素和发电机转子绕组所接双向逆变由于电网本身质量的影响因素和发电机转子绕组所接双向逆变器非正弦电源的影响因素不易排除，因此，对双馈发电机输出电能器非正弦电源的影响因素不易排除，因此，对双馈发电机输出电能的质量很难有个准确合理的界定，此项性能的考核方法还有待商榷。的质量很难有个准确合理的界定，此项性能的考核方法还有待商榷。b.b.短路电抗测定短路电抗测定 在这里，在这里，“短路短路”的概念指的是发电机的突然三相短路，的概念指的是发电机的突然三相短路，“电电抗抗”的概念指的是发电机在突然三相短路的瞬变状态下的超瞬变电的概念指的是发电机在突然三相短路的瞬变状态下的超瞬变电抗。这以往是在同步发电机中需要考虑的一种过渡过程，由于在这抗。这以往是在同步发电机中需要考虑的一种过渡过程，由于在这一过程中，电流、转矩的变化较大，需要考虑与发电机相连的电器一过程中，电流、转矩的变化较大，需要考虑与发电机相连的电器与机械系统的承受能力，而双馈发电机的工作原理与同步发电机有与机械系统的承受能力，而双馈发电机的工作原理与同步发电机有一定的相似性，因此，对双馈发电机进行短路电抗测定也开始被提一定的相似性，因此，对双馈发电机进行短路电抗测定也开始被提及。鉴于目前国际上对此还没有一个具体的测定方法，所以，我们及。鉴于目前国际上对此还没有一个具体的测定方法，所以，我们至今也没有看到一个具体测定的实例。如果参照同步发电机测定短至今也没有看到一个具体测定的实例。如果参照同步发电机测定短路电抗的方法，在试验条件和操作性方面，还有一些具体问题需要路电抗的方法，在试验条件和操作性方面，还有一些具体问题需要解决。解决。因此，以上两项，目前只能作为研究项目，尚不能进行正式的因此，以上两项，目前只能作为研究项目，尚不能进行正式的考核。考核。五、双馈异步发电机五、双馈异步发电机YRSFK500L1-4YRSFK500L1-4概况概况1.1.发电机型号的含义发电机型号的含义2.2.结构数据结构数据 安装方式：安装方式：IMB3IMB3 发电机安装倾斜角：发电机安装倾斜角：55 发电机本体防护等级：发电机本体防护等级：IP54IP54 发电机集电环外壳防护等级：发电机集电环外壳防护等级：IP23IP23 冷却方式：冷却方式：IC616IC616（带空（带空/空冷却器）空冷却器）平衡等级：平衡等级：绝缘等级：绝缘等级：F F 转动惯量：转动惯量：45kgm45kgm2 2 最大工作转速：最大工作转速：2050r/min2050r/min 最大转速：最大转速：2400r/min2400r/min 环境运行温度：环境运行温度：3030 4040 环境生存温度：环境生存温度：4040 5050 电机总重量：电机总重量：3.总体结构概况总体结构概况4.主要零部件主要零部件 定定 子子 转子转子 前端盖前端盖后端盖后端盖集电环、刷架集电环、刷架定、转子接线盒定、转子接线盒空空/空冷却器空冷却器5.5.电磁数据电磁数据 发电机类型：交流异步双馈发电机发电机类型：交流异步双馈发电机 极数：极数：4 4 额定输出功率：额定输出功率：1550kW1550kW 额定定子输出功率：额定定子输出功率：1325kW1325kW 额定转子输出功率：额定转子输出功率：225kW225kW 定子额定电压：定子额定电压：690V690V 转子开路电压：转子开路电压：1955V1955V 额定转速：额定转速：1755r/min1755r/min 工作转速范围：工作转速范围：9751970r/min9751970r/min 功率因数：功率因数：0.950.95 效率：效率：97%97%定子接法：定子接法：转子接法：转子接法：Y Y 6.6.特点特点额定容量大，转动惯量小。为了控制发热，定转子冲片额定容量大，转动惯量小。为了控制发热，定转子冲片选用低损耗优质冷轧硅钢片。选用低损耗优质冷轧硅钢片。发电机工作时，转子采用变频器供电。而变频器在使用发电机工作时，转子采用变频器供电。而变频器在使用IGBTIGBT作为功率元件后，电机的转子线圈将承受来自变频作为功率元件后，电机的转子线圈将承受来自变频器的过电压冲击。因此对电机转子的绝缘结构，我们做器的过电压冲击。因此对电机转子的绝缘结构，我们做了以下针对性的设计：了以下针对性的设计：l l转子的工作电压范围在转子的工作电压范围在0 0700V700V，我们在转子线圈绝缘，我们在转子线圈绝缘结构设计时，将转子线圈的电压提高至结构设计时，将转子线圈的电压提高至2000V2000V作为转子作为转子线圈绝缘电压设计基值。线圈绝缘电压设计基值。l l先进的绝缘结构。采用多层亚胺薄膜补强的优质云母带先进的绝缘结构。采用多层亚胺薄膜补强的优质云母带作为线圈的主绝缘，提高耐电性能，同时辅以低电阻防作为线圈的主绝缘，提高耐电性能，同时辅以低电阻防晕网状纸，减少尖端放电的可能性，两者结合保证了转晕网状纸，减少尖端放电的可能性，两者结合保证了转子绝缘的可靠性。子绝缘的可靠性。l l工艺上，转子线圈采用成型线圈。同时转子槽形经特殊工艺上，转子线圈采用成型线圈。同时转子槽形经特殊设计，线圈可以轻松放入槽内，最大限度保证转子线圈设计，线圈可以轻松放入槽内，最大限度保证转子线圈绝缘层不受到损坏。绝缘层不受到损坏。l lVPIVPI（真空压力）浸漆（真空压力）浸漆+旋转烘焙。提高挂漆量的同时，旋转烘焙。提高挂漆量的同时，提高转子的平衡精度。提高转子的平衡精度。由于风力发电机使用场合的特殊性，设计使用寿命要求由于风力发电机使用场合的特殊性，设计使用寿命要求 2020年。因此在结构设计时，着重考虑以下几个方面：年。因此在结构设计时，着重考虑以下几个方面：l l耐低温。主体结构的材料采用耐低温的材料。耐低温。主体结构的材料采用耐低温的材料。l l整体结构耐振性能。箱式整体结构耐振性能。箱式+框架式结构的机座，一方面框架式结构的机座，一方面保证了发电机整体的刚性，另一方面适应实际运行时被保证了发电机整体的刚性，另一方面适应实际运行时被固定在四个弹性支撑件上。固定在四个弹性支撑件上。l l杜绝轴电流的产生。一是发电机的轴承套采用绝缘轴承杜绝轴电流的产生。一是发电机的轴承套采用绝缘轴承套的结构。二是在轴的两端再安装接地碳刷，进行二次套的结构。二是在轴的两端再安装接地碳刷，进行二次保护。保护。实时监控系统及雷电保护装置（选配）。实时监控系统及雷电保护装置（选配）。l l定子每相线圈安装定子每相线圈安装2 2个个PT1OOPT1OO。l l前后轴承各装有前后轴承各装有2 2个个PT1OOPT1OO。l l主电刷和接地碳刷均具有碳刷磨损监控装置。主电刷和接地碳刷均具有碳刷磨损监控装置。l l定、转子雷电保护装置定、转子雷电保护装置。7.7.发电机的使用维护发电机的使用维护运输、存储运输、存储 安装、调试安装、调试维护、保养维护、保养l l润滑脂的补充润滑脂的补充l l电刷维护电刷维护l l滑环维护滑环维护l l热敏元件检测数据的分析判断热敏元件检测数据的分析判断l l风机的正常使用风机的正常使用谢谢大家！