發(fā)電機(jī)原理日常維護(hù)

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1、發(fā)電機(jī)原理及維護(hù)沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司2009年2月有刷雙饋式異步發(fā)電機(jī)雙饋式異步發(fā)電機(jī)實(shí)際是異步感應(yīng)電機(jī)的一種變異，雙饋異步發(fā)電機(jī)通常為4極或6極，轉(zhuǎn)速為1500r/min、1000r/min，（n=60f/p,p為極對數(shù)）如此高的轉(zhuǎn)速是通過多級增速齒輪箱來實(shí)現(xiàn)的。這種發(fā)電機(jī)始于上世紀(jì)80年代，日本日立公司、東芝公司和前蘇聯(lián)在這種發(fā)電機(jī)的研制和開發(fā)中都作出了顯著的貢獻(xiàn)。目前美國GE能源、德國Fuhrländer等公司的很多風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品，采用變速雙饋風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)方案。我國甘肅蘭州電機(jī)有限責(zé)

2、任公司、北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠、四川東風(fēng)電機(jī)廠有限公司也都先后研制成功了兆瓦級雙饋式異步發(fā)電機(jī)。雙饋式電機(jī)分鼠籠式和繞線式兩種。但是，鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)因其無法最大限度地利用風(fēng)能，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中沒有得到廣泛應(yīng)用。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中多選用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)異步發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與繞線式異步電機(jī)相似，由繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)和在轉(zhuǎn)子電路上帶交流勵(lì)磁器組成，定子、轉(zhuǎn)子均為三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子繞組電流由滑環(huán)導(dǎo)入，這種帶滑環(huán)的雙饋式電機(jī)被稱之為有刷雙饋發(fā)電機(jī)。（下面是“雙饋發(fā)電機(jī)的工作原理講義）設(shè)雙饋電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組均為

3、對稱繞組，電機(jī)的極對數(shù)為p,根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場理論，當(dāng)定子對稱三相繞組施以對稱三相電壓，有對稱三相電流流過時(shí)，會在電機(jī)的氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1稱為同步轉(zhuǎn)速，它與電網(wǎng)頻率f1及電機(jī)的極對數(shù)p的關(guān)系如下：n1=60f1/p(3-1)同樣在轉(zhuǎn)子三相對稱繞組上通入頻率為f2的三相對稱電流，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度為：n2=60f2/p(3-2)由式（3-2）可知，改變頻率f2，即可改變n2,而且若改變通入轉(zhuǎn)子三相電流的相序，還可以改變此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。因此，若設(shè)n1為對

4、應(yīng)于電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)雙饋發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，而n為電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度，則只要維持n±n2=n1=常數(shù)，見式（3-3），則雙饋電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢，如同在同步發(fā)電機(jī)時(shí)一樣，其頻率將始終維持為f1不變。n±n2=n1=常數(shù)(3-3)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S=(n1-n)/n1，則雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子三相繞組內(nèi)通入的電流頻率應(yīng)為f2=p*n2/60=p*(n-n1)/60={pn1/60}*{(n1-n)/n1}=f1*S(3-4)公式（3-4）表明，在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只要在轉(zhuǎn)子的三相對稱繞組中通

5、入轉(zhuǎn)差頻率（即f1S）的電流，則在雙饋電機(jī)的定子繞組中就能產(chǎn)生50Hz的恒頻電勢。所以根據(jù)上述原理，只要控制好轉(zhuǎn)子電流的頻率就可以實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電了。根據(jù)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋發(fā)電機(jī)可有以下三種運(yùn)行狀態(tài)：（1）亞同步運(yùn)行狀態(tài)。在此種狀態(tài)下nn1,改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為f2的電流相序，則其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n2的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，因此有n-n2=n1。（3）

6、同步運(yùn)行狀態(tài)。此種狀態(tài)下n=n1,轉(zhuǎn)差頻率f2=0,這表明此時(shí)通入轉(zhuǎn)子繞組的電流頻率為0，也即直流電流，與普通的同步電機(jī)一樣。雙饋發(fā)電機(jī)的基本方程、等效電路和向量圖下面從等效電路的角度分析雙饋電機(jī)的特性。首先，作如下假定：（1）只考慮定轉(zhuǎn)子電流的基波分量，忽略諧波分量；（2）只考慮定轉(zhuǎn)子空間磁勢基波分量；（3）忽略磁滯、渦流損耗和鐵耗；（4）變頻電源可為轉(zhuǎn)子提供能滿足幅值、頻率及功率因數(shù)要求的電源，不計(jì)其阻抗與損耗。發(fā)電機(jī)定子側(cè)電壓電流的正方向按發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子側(cè)電壓電流的正方向按電動(dòng)機(jī)慣例，電磁轉(zhuǎn)矩

7、與轉(zhuǎn)向相反為正，轉(zhuǎn)差率s按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速為正，參照異步電機(jī)的分析方法，可得雙饋發(fā)電機(jī)的等效電路，如圖（3-1）所示根據(jù)等效電路圖，可得雙饋發(fā)電機(jī)的基本方程式：式中，分別為定子側(cè)的電阻與漏抗分別為轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的電阻和漏抗Xm為激磁電抗分別為定子側(cè)電壓、感應(yīng)電勢和電流分別為轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電勢，轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過頻率和繞組折算后折算到定子側(cè)的值轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓經(jīng)過繞組折算后的值，為再經(jīng)過頻率折算后的值根據(jù)基爾霍夫電壓電流定律可以寫出普通繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)的基本方程式從等值電路和兩組方程的對比中可以看出，雙饋電機(jī)就是

8、在普通繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中增加了一個(gè)勵(lì)磁電源，恰恰是這個(gè)交流勵(lì)磁電源的加入大大改善了雙饋電機(jī)的調(diào)節(jié)特性，使雙饋電機(jī)表現(xiàn)出較其它電機(jī)更優(yōu)越的一些特性。下面我們根據(jù)兩種電機(jī)的基本方程是畫出各自的相量圖，從相量圖中說明引入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源對有功和無功的影響。（以后具體詳情請見雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理講義）對于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度為：雙饋式電機(jī)的定子接入電網(wǎng)，通過PWM(脈寬調(diào)制)AC-DC-AC變頻器向發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組提供勵(lì)磁電流，為了獲得較好的輸出電壓電流波形