2.3MW双馈异步风力发电机的设计

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1、2.3MW双馈异步风力发电机的设计赵涧波张修兵（东方电气（乐山）新能源设备有限公司，四川乐山，614000）摘要：兆瓦级双馈异步风力发电机用于并网的大型风力发电机组，解决了风速变化、上网频率不稳定的问题，是目前世界各国风力发电机技术最为成熟、生产量最多的一种型式。在目前技术水平上1.5MW、2.0MW双馈异步风力发电机组运行稳定、综合效益好。为满足市场需要，我公司新研制了2.3MW双馈异步风力发电机。关键词：双馈风力发电机电磁设计结构设计0.引言风力发电与其他种类发电相比，具有能源可再生、无污染、对周边生态系统破坏较小的优点。国家正大力发展风力发电，随着风电的进一步发展，全国各地兴建的风力发电

2、场将越来越多，对风力发电机的需求量会越来越多，2.3MW双馈异步风力发电机是适应市场而开发设计的。1.运行原理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，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象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。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励磁电流幅值；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。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臵上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机的功率

3、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调节无功功率，还可以调节有功功率。频率关系如下：pn1f1（1）60n1=n±n2=常数（2）pnp(nn)pnnn2111ffS21（3）606060n1注：f1电网频率，n1同步转速，f2转子磁场频率，n2转子磁场转速，n转子转速，S转差率，p极对数在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率（即f1S）的电流，则在双馈电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。所以根据上述原理，只要控制好转子电流的频率就可以实现变速恒频发电了。根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三种运行状态：1

4、）亚同步运行状态：在此种状态下n＜n1，由转差频率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子的转速方向相同，变流器向发电机转子提供交流励磁，定子输出电能给电网，转子从电网吸收能量；2）超同步运行状态：在此种状态下n＞n1，改变通入转子绕组的频率为f2的电流相序，则其所产生的旋转磁场的转速n2与转子的转速方向相反，发电机定、转子同时向电网输出能量；3）同步运行状态：在此种状态下n=n1，这表明此时通入转子绕组的电流频率为0，也即直流电流，变流器向转子提供直流励磁，与普通的同步电机一样。2.发电机运行环境环境运行温度-35℃～+50℃（机舱内部）环境生存温度-45℃～+70℃（机舱内部）相对湿度5%

5、～95%（机舱内部）海拔高度＜2000m3.基本参数电机类型双馈异步发电机（DFIG）额定功率2450kW中心高630mm定子电压（线电压）690V转子开口电压（线电压）1830V额定频率50Hz相数3额定转速1200rpm旋转方向CW（从驱动端看）极数6运行模式S1（连续运行）定子绕组连接类型Y转子绕组连接类型Y绝缘等级H级冷却方式IC616安装方式IM1001（IMB3）防护等级IP54（电机本体）；IP23（滑环室）发电机轴的轴功率2526kW（S1）额定工况效率≥97%4.发电机的电磁设计：电磁设计是发电机的关键技术，设计时充分考虑：1）海拔高度对发电机散热的影响，随着海拔高度的增加，

6、发电机的散热能力降低，本发电机电磁设计时温升限制降低10K;2）高原发电机绕组会出现电晕的情况，因此应合理采用绝缘系统；3）满足电网宽频宽压运行的要求，本发电机运行电压690V±15%，运行频率范围47.5Hz～51.5Hz，电磁设计时应取较低的磁负荷及热负荷；4）风力发电机功率因数运行范围宽（-0.95～+0.95），电磁设计时应增大发电机容量，按2579kVA进行电磁设计；5）转子采用变频器供电时发电机谐波的影响，引起转子铁耗和定转子铜耗的增加，引起绕组温升的增加，设计时降低发电机的热负荷。综合考虑以上因数，电磁设计结果如下：定子铁心外径/内径Da/Di:1100/815mm转子铁心内径D

7、o:470mm气隙δ:2.2mm定转子槽数Z1/Z2:72/54定转子铁心总长Lt1/Lt2:800/800mm定转子接法:Y/Y气隙磁密:6984GS定子齿磁密：16006GS定子轭磁密:14712GS转子齿磁密：15141GS转子轭磁密：14598GS效率：97.2%2定子电流密度：3.23A/mm定子线负荷:605A/cm2转子电流密度：3.16A/mm转子线负荷644A/cm5.发电机的结