风力发电机和蓄能装置

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1、第一编#风力发电新技术与发电系统设计应用基础$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$第四章#风力发电机和蓄能装置第一节#独立运行风力发电系统中的发电机一、直流发电机图)#"#永磁式直流发电机!一"基本结构及原理较早时期的小容量风力发电装置一般采用小型直流发电机!在结构上有永磁式及电励磁式两种类型"永磁式直流发电机利用永久磁铁来提供发电机所需的励磁磁通"其结构型式如图)#"所示#电励磁式直流发电机则是借助在励磁线圈内流过的电流产生磁通来提供发电机所需的励磁磁通"由于励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同"分为他励与并励$

2、自励%两种型式"其结构型式如图’&!所示!在风力发电装置中"直流发电机由风力机拖动旋转时"根据法拉弟电磁感应定律"在直流发电机的电枢绕组中产生感应电势"在电枢的出线端$A’R两端%若接上负载"就会有电流流向负载"即在A’R端有电能输出"风能也就转换成了电能!直流发电机电枢回路中各电磁物理量的关系为GAXJ60C$)#"%NXGA#/AEA$)#!%励磁回路中各电磁物理量的关系如下NZ他励发电机/ZXEZY8ZN并励发电机/$)#’%ZXEZY8Z($((第一编#风力发电新技术与发电系统设计应用基础$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

3、$$$$$$$$$$$$图)#!#电励磁式直流发电机!A"他励式直流发电机#!R"并励式!自励"直流发电机!/"!)#)"0XZZ以上三式中$J为电机的电势系数#为电机每极下的磁通量#E为电枢绕组电阻#60AEZ为励磁绕组的外接电阻#GA为绕组感应电势#N为电枢端电压#C为发电机转速#/Z为励磁电流%!二"发电机的电磁转矩与风力机的驱动转矩之间的关系根据比奥一沙瓦定律&直流发电机的电枢电流与电机的磁通作用会产生电磁力&并由此而产生电磁转矩&电磁转矩可表示为:XJ:-/A!)#$"式中$J为电机的转矩系数#:为电磁转矩#/为电枢电流%:A电磁转矩对风力机的

4、拖动转矩为制动性质的&在转速恒定时&风力机的拖动转矩与发电机的电磁转矩平衡&即:"X:Y:%!)#*"式中$:为风力机的拖动转矩#:为机械摩擦阻转矩&如图)#"所示%"%当风速变化时&风力机的驱动转矩变化或者发电机的负载变化时&则转矩的平衡关系为71:"X:Y:%YL!)#+"7@式中$L为风力机’发电机及传动系统的总转动惯量#1为发电机转轴的旋转角速率#71L为动态转矩%7@从公式!)#+"可见&当负载不变时&即:为常数时&若风速增大&发电机转速将增加#反之&转速将下将&由公式!)#""知&转速的变化&将导致感应电势及电枢端电压变化&为此风力机的调速装

5、置应动作&以调整转速%!三"发电机与变化的负载连接时#电磁转矩与转速的关系直流发电机与变化的负载电阻及连接时的线路如图’#’所示%根据式!)#""’式!)#!"’式!)#$"及NX/AE&可知!GAJ6-CJ6J:-C:XJ:-/AXJ:-#J:-XXaC!)#&"EAYEEAYEEAYE(*%(第一编#风力发电新技术与发电系统设计应用基础$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$图)#’#他励直流发电机与变化的负载电阻E连接!J6J:-aXEAYE当励磁磁通-及负载电阻E不变化时!a为一常数"故:与C的关系为直线

6、关系!对应于不同的负载电阻!:与C有不同的线性关系!如图)#)中的;#>#J三条直线!分别对应负载电阻为E#及E及E$E%时"!’’%E!%E"的:#C特性"并励直流发电机的:#C特性与他励的相似!只是在并励时励磁磁通将随电枢端电压的变化而改变!因此:#C的关系不再是直流关系!其:#C特性为曲线形状!如图)#$所示"图)#)#他励直流发电机的:#C特性!四"并励直流发电机的自励在采用并励直流发电机时!为了建立电压!在发电机具有剩磁的情况下!必须使励磁绕组并联到电枢两端的极性正确!同时励磁回路的总电阻E&如图)#!$R%所示’必ZY8Z须小于某一定转速下的

7、临界值!如果并联到电枢两端的极性不正确$即励磁绕组接反了%!则励磁回路中的电流所产生的磁势将削减发电机中的剩余磁通!发电机的端电压就不能建立!即电机不能自励"当励磁绕组接法正确!励磁回路中的电阻为$8%时!则从图)#*可知ZYEZNB/ZB$8ZYEZ%@AC2XXX8ZYEZ/ZB/ZB(*"(第一编#风力发电新技术与发电系统设计应用基础$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$图)#$#并励直流发电机的:#C特性图)#*#并励发电机的无载特性曲线及励磁回路电阻线励磁回路电阻线与无载特性曲线的交点即为发电机自励后

8、建立起来的电枢端电压NB!若励磁回路中串入的电阻值EZ增大"则励磁回路的电阻线与