双馈风力发电机_罗茨风机

双馈风力发电机：什么是双馈式风力发电机

　　【专家解说】：就不照搬了 说白了 就是使用双馈绕线式发电机的风力发电机组 所谓双馈 指的是双端口馈电，就是定子跟转子都可以发电，互相切割磁感线。

　　双馈电机必须配合变频器使用。变频器给双馈电机的转子中施加转差频率的电流进行励磁，调节励磁电流的幅值、频率、相位，实现定子恒压恒频输出。并网型风力发电系统要求机组输出的有功功率能追踪风力机所能捕获的最锦工能，调节有功功率可通过调节风电机组的转速，使风力机运行在最佳叶尖速比，进而实现最锦工能捕获。

　　因此，双馈电机可以在风能波动的情况下实现电能的较稳定的输出

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双馈风力发电机：双馈风力发电机原理介绍

　　当前的风电机组多选用恒速恒频体系，发电机多选用同步电机或异步感应电机。在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将逼迫操控风轮的转速。在这种情况下，风力机在不相同风速下坚持或近似坚持同一转速。功率降低，被逼降低出力，乃至停机，这显然是不可取的。与之不相同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不相同的风速下运转，其转速可随风速改动做相应的调整，使风力机的运转一向处于最佳状况，机组功率进步。一起，定子输出功率的电压和频率却可以坚持不变，既可以调理电网的功率因数，又可以进步体系的安稳性。

　　(1) 双馈电机的作业特性

　　双馈电机的布局类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源鼓励，所不相同的是转子绕组具有可调理频率的三相电源鼓励，通常选用交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。

　　当双馈电机定子对称三相绕组由频率为f1(f1=p?n1/60)的三相电源供电时，因为电机转子的转速n＝(l-s)n1(s为转差率，n1为气隙中基波旋转磁场的同步速率)。为了完成安稳的机电能量变换，定子磁场与转子磁场应坚持相对停止，即应满意:

　　ωr＝ω1-ω2

　　其间:ωr是转子旋转角频率;

　　ω1是定子电流构成的旋转磁场的角频率;

　　ω2是转子电流构成的旋转磁场的角频率。

　　由此可得转子供电频率f2＝s?f1，此刻定转子旋转磁场均以同步速n1旋转，两者坚持相对停止。

　　与同步电机比较，双馈电机励磁可调量有三个:一是与同步电机相同，可以调理励磁电流的幅值;二是可以改动励磁电流的频率；三是可以改动励磁电流的相位。经过改动励磁频率，可调理转速。这样在负荷俄然改动时，敏捷改动电机的转速，充分运用转子的动能，开释和吸收负荷，对电网的扰动远比惯例电机小。别的，经过调理转子励磁电流的幅值和相位，可到达调理有功功率和无功功率的意图。而同步电机的可调量只要一个，即励磁电流的幅值，所以调理同步电机的励磁通常只能对无功功率进行抵偿。与之不相同的是双馈电机的励磁除了可以调理电流幅值外，亦可以调理其相位，当转子电流的相位改动时，由转子电流发生的转子磁场在气隙空间的方位就发生一个位移，改动了双馈电机电势与电网电压向量的相对方位，也就改动了电机的功率角。所以双馈电机不只可调理无功功率，也可调理有功功率。通常来说，当电机吸收电网的无功功率时，往往功率角变大，使电机的安稳性降低。而双馈电机却可经过调理励磁电流的相位，减小机组的功率角，使机组运转的安稳性进步，然后可多吸收无功功率，战胜因为晚间负荷降低，电网电压过高的艰难。与之比较，异步发电机却因需从电网吸收无功的励磁电流，与电网并排运转后，形成电网的功率因数变坏。所以双馈电机较同步电机和异步电机都有着愈加优胜的运转功能。

　　(2) 风力发电中双馈电机的操控

　　在风力发电中，因为风速改动多端，使对其的运用存在必定的艰难。所以改进风力发电技能，进步风力发电机组的功率，最充分地运用风能资源，有着非常重要的含义。任何一个风力发电机组都包罗作为原动机的风力机和将机械能转变为电能的发电机。其间，作为原动机的风力机，其功率在很大程度上决议了整个风力发电机组的功率，而风力机的功率又在很大程度上取决于其负荷能否处于最佳状况。不论一个风力机是如何精细地描绘和施工缔造，若它处于过载或久载的状况下，城市丢失其功率。从风力机的气动曲线可以看出，存在一个最佳周速比λ，对应一个最佳的功率。所以风力发电机的最佳操控是坚持最佳周速比λ。别的，因为要思考电网对有功功率和无功功率的需求，所以风力机最佳工况时的转速应由其气动曲线及电网的功率指令归纳得出。也就是说，风力发电机的转速随风速及负荷的改动应及时作出相应的调整，依托转子动能的改动，吸收或开释功率，削减对电网的扰动。经过变频器操控器对逆变电路中功率器材的操控。可以改动双馈发电机转子励磁电流的幅值、频率及相位角，到达调理其转速、有功功率和无功功率的意图，既进步了机组的功率，又对电网起到稳频、稳压的效果。图2是按这种操控思路得出的风力发电双馈电机操控体系框图。

　　整个操控体系可分为三个单元:转速调整单元、有功功率调整单元、电压调整单元(无功功率调整)。它们别离承受风速和转速、有功功率、无功功率指令，并发生一个归纳信号，送给励磁操控设备，改动励磁电流的幅值、频率与相位角，以满意体系的需求。因为双馈电机既可调理有功功率，又可调理无功功率，有风时，机组并网发电;无风时，也可作按捺电网频率和电压动摇的抵偿设备。

双馈风力发电机：双馈风力发电机的工作原理.pdf

　　双馈风力发电机工作原理讲义

　　本章的主要内容是讲述双馈感应发电机（Doubly-Fed Induction

　　Generator，简称DFIG）的工作原理及其励磁控制，我们通常所讲的双馈异步发

　　电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双

　　馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其有独立的励磁绕组，可以

　　像同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机（Alternating

　　Current Excitation GeneratorACEG）也有称为异步化同步电机（Asynchronized

　　Synchronous Generator）同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的

　　幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量

　　有三个：一是可调节励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。

　　这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量，通过改变励磁频率，可改

　　变电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励

　　磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或者吸收负荷，对电网

　　扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场

　　在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的

　　相对位置，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。

　　所以交流励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。交流励磁电机

　　之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。但是，实现

　　可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子

　　磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可

　　以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力发电机组均是采用此

　　种控制策略。

　　双馈电机的基本工作原理

　　设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，电机的极对数为p,根据旋转磁场理

　　论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在

　　电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速n 称为同步转速，

　　它与电网频率 f及电机的极对数 的关系如下：

　　n=60f1 （3-1）

　　同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 的三相对称电流，所产生的旋转磁场相

　　对于转子本身的旋转速度为：

　　-1-

　　n=60f2 （3-2）

　　由式（3-2）可知，改变频率f ，即可改变n,而且若改变通入转子三相电流的2 2

　　相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设n 为对应于电网频率为501

　　Hz时双馈发电机的同步转速，而n 为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n

　　±n=n=常数，见式（3-3），则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电

　　2 1

　　机时一样，其频率将始终维持为f 不变。1

　　n±n=n=常数 （3-3）

　　2 1

　　n ?n

　　双馈电机的转差率S=1 ，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为

　　pn p(n ?n) pn n ?n

　　f=2=1=1 × 1=fS （3-4）

双馈风力发电机：涨知识 ｜ 双馈风力发电机的结构讲解

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　　双馈发电机广泛应用在大中型风力发电机组中，在本节介绍双馈风力发电机的基本结构，双馈风力发电机的结构与组成与绕线式感应电动机相同，根据发电机的需要主要是电磁设计要求不同。

　　双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采用4极，2MW以上的发电机多采用6极，本节介绍的是4极发电机，定子铁心与转子铁心都由硅钢片叠成，图1是定子铁心与转子铁心的冲片。

　　图1–定子与转子铁心冲片

　　在定子铁芯的槽内嵌放着三相交流绕组，三相绕组按4极绕制，连接成星形，见图2是嵌有三相绕组的定子。当绕组接入三相交流电源就可在定子内产生旋转磁场。

　　图2–定子铁心与绕组

　　定子固定在机座内，机座外壳上有通风孔，便于电机散热，见图3。

　　图3–定子安装在机座内

　　把转子铁芯冲片压紧在转子支架上，转子支架紧固在电机转轴上，见图4。

　　图4–转子铁心与轴

　　转子铁芯的槽内嵌放着转子绕组，按4极三相交流绕组绕制，三个绕组连接成星形接法，接入三相交流电源会在转子铁心外周产生旋转磁场。不管定子与转子的槽数各为多少，定子绕组与转子绕组的极数必须相同。

　　在转轴上安装三个集电环，三个集电环之间、，环与转轴之间都是互相绝缘的，转子绕组的三根引出端线通过转轴的凹槽连接到三个集电滑环上。在转轴上安装两个轴流风扇用于发电机散热，发电机整个旋转部分（转子）见图5。

　　图5–整个绕线转子

　　转子安装在定子内，由固定在机座两端的端盖支撑，转子轴承安装在端盖上。在转子集电环一侧安装着电刷罩，三个电刷固定在电刷罩内，刷握上的弹簧紧压着碳质电刷，保持电刷与集电环紧密接触，见图6。

　　图6–双馈风力发电机剖面图

　　图7是这个双馈风力发电机的外观图，发电机有两个接线盒，在机座上的主接线盒是定子绕组的引出线端子；在电刷罩上的接线盒是转子绕组通过集电环引出线的端子。在机座外壳上部有多个通风孔用于电机散热。

　　图7–双馈风力发电机外观图

　　发电机定子与转子发出的热量采用空气冷却，空气流动是靠转子两端的轴流风扇推动，图8中的橙红色箭头线表示空气的流动路径，被风扇压入的空气一部分从转子绕组与定子绕组端流过，对其进行冷却后排出；另一部分空气从转子支架进入穿过转子与定子铁心排出，对铁心与绕组进行冷却。

　　图8–双馈风力发电机冷却气流走向图

　　由于风力发电机工作场合灰尘较大，用于冷却发电机的空气要经过过滤，在发电机上方加装空气过滤器，对于较大的发电机可采用外部热交换器对电机的冷却气体进行强制降温，热交换器可采用空气冷却的或水冷却。如图9是加装空气冷却器后的双馈风力发电机。

　　外部空气被空气冷却器的离心风机压入，外部空气与电机冷却气体在空气冷却器内是隔离的，仅通过热交换器进行热量交换，吸收热量后的外部空气从空气出口排出，用于电机冷却的气体仅在电机与热交换器间循环流动。

　　图9–强制空冷双馈风力发电机

　　图10是网上的强制风冷双馈风力发电机图片。

　　图10–强制空冷双馈风力发电机照片

　　图11是网上的水冷机座双馈风力发电机。

　　图11–水冷机座双馈风力发电机照片

　　双馈风力发电机定子直接与电网相连，绕线转子通过变频器与电网相连。当双馈发电机的负载和转速变化时，通过变频器调节馈入转子绕组的电流频率与相位，可保持定子输出的电压和频率稳定。有关双馈风力发电机组的基本工作原理参见本网站本网站双馈风力发电机组工作原理一节。

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