发电机原理日常维护

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1、发电机原理及维护沈阳华创风能有限公司2009年2月有刷双馈式异步发电机双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，双馈异步发电机通常为4极或6极，转速为1500r/min、1000r/min，（n=60f/p,p为极对数）如此高的转速是通过多级增速齿轮箱来实现的。这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。目前美国GE能源、德国Fuhrländer等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。我国甘肃兰州电机有限责

2、任公司、北车集团永济电机厂、四川东风电机厂有限公司也都先后研制成功了兆瓦级双馈式异步发电机。双馈式电机分鼠笼式和绕线式两种。但是，鼠笼式感应发电机因其无法最大限度地利用风能，在风力发电机组中没有得到广泛应用。在风力发电机组中多选用绕线转子感应异步发电机，这种发电机在结构上与绕线式异步电机相似，由绕线转子异步发电机和在转子电路上带交流励磁器组成，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，这种带滑环的双馈式电机被称之为有刷双馈发电机。（下面是“双馈发电机的工作原理讲义）设双馈电机的定转子绕组均为

3、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n1称为同步转速，它与电网频率f1及电机的极对数p的关系如下：n1=60f1/p(3-1)同样在转子三相对称绕组上通入频率为f2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：n2=60f2/p(3-2)由式（3-2）可知，改变频率f2，即可改变n2,而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设n1为对

4、应于电网频率为50Hz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±n2=n1=常数，见式（3-3），则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电机时一样，其频率将始终维持为f1不变。n±n2=n1=常数(3-3)双馈电机的转差率S=(n1-n)/n1，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=p*n2/60=p*(n-n1)/60={pn1/60}*{(n1-n)/n1}=f1*S(3-4)公式（3-4）表明，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

5、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）亚同步运行状态。在此种状态下nn1,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的转向与转子的转向相反，因此有n-n2=n1。（3）

6、同步运行状态。此种状态下n=n1,转差频率f2=0,这表明此时通入转子绕组的电流频率为0，也即直流电流，与普通的同步电机一样。双馈发电机的基本方程、等效电路和向量图下面从等效电路的角度分析双馈电机的特性。首先，作如下假定：（1）只考虑定转子电流的基波分量，忽略谐波分量；（2）只考虑定转子空间磁势基波分量；（3）忽略磁滞、涡流损耗和铁耗；（4）变频电源可为转子提供能满足幅值、频率及功率因数要求的电源，不计其阻抗与损耗。发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例，转子侧电压电流的正方向按电动机惯例，电磁转矩

7、与转向相反为正，转差率s按转子转速小于同步转速为正，参照异步电机的分析方法，可得双馈发电机的等效电路，如图（3-1）所示根据等效电路图，可得双馈发电机的基本方程式：式中，分别为定子侧的电阻与漏抗分别为转子折算到定子侧的电阻和漏抗Xm为激磁电抗分别为定子侧电压、感应电势和电流分别为转子侧感应电势，转子电流经过频率和绕组折算后折算到定子侧的值转子励磁电压经过绕组折算后的值，为再经过频率折算后的值根据基尔霍夫电压电流定律可以写出普通绕线式转子电机的基本方程式从等值电路和两组方程的对比中可以看出，双馈电机就是

8、在普通绕线式转子电机的转子回路中增加了一个励磁电源，恰恰是这个交流励磁电源的加入大大改善了双馈电机的调节特性，使双馈电机表现出较其它电机更优越的一些特性。下面我们根据两种电机的基本方程是画出各自的相量图，从相量图中说明引入转子励磁电源对有功和无功的影响。（以后具体详情请见双馈风力发电机工作原理讲义）对于转子本身的旋转速度为：双馈式电机的定子接入电网，通过PWM(脉宽调制)AC-DC-AC变频器向发电机的转子绕组提供励磁电流，为了获得较好的输出电压电流波形