雙饋發(fā)電機原理講解

1、一 雙饋發(fā)電機原理講解二 風(fēng)力發(fā)電機的主要類型1 異步發(fā)電機l 籠鼠式異步發(fā)電機特點：應(yīng)用于早期的風(fēng)力發(fā)電機，離網(wǎng)型的小型發(fā)電機，結(jié)構(gòu)簡潔，性能穩(wěn)定，成本低。缺點：并網(wǎng)運行時，轉(zhuǎn)速必需超過同步轉(zhuǎn)速，在風(fēng)速較小的時候效率很差。一般做成大小兩個發(fā)電機，或者轉(zhuǎn)變定子繞組以轉(zhuǎn)變同步轉(zhuǎn)速，依據(jù)風(fēng)速段轉(zhuǎn)換。l 繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機特點：轉(zhuǎn)子繞組外接電阻，在風(fēng)速變化的時候，轉(zhuǎn)變外接電阻的大小以把握輸出的功率。風(fēng)速大的時候多余的能量可以消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。l 雙饋異步發(fā)電機特點：使用雙饋變頻器對轉(zhuǎn)子進行溝通勵磁，隨著轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速的變化，轉(zhuǎn)變溝通勵磁的溝通電的頻率，幅值，相序以及相位，以使定子輸出的電壓幅值和電流頻

2、率保持恒定，同時可以向電網(wǎng)輸出感性或容性的無功。2 同步發(fā)電機l 永磁同步發(fā)電機特點：轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，結(jié)構(gòu)簡潔，不易損壞和維護便利，容量可以做到很大。轉(zhuǎn)子可以做成很多級，這樣可以使其同步轉(zhuǎn)速降低，協(xié)作全功率變流器，在低風(fēng)速的時候也可以發(fā)電。一般用于海上風(fēng)機。l 直流勵磁同步發(fā)電機特點：現(xiàn)在的水力和火力發(fā)電機組使用的形式，轉(zhuǎn)子由直流勵磁，轉(zhuǎn)變勵磁電流的大小，可以調(diào)整輸出的功率大小和因數(shù)。三 雙饋異步發(fā)電機原理1 旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場就是一種極性和大小不變，且以肯定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場。從理論分析和實踐證明，在對稱三相繞組中流過對稱三相溝通電時會產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)磁場。三相對稱繞組就是三個外形、尺寸、匝數(shù)都完

3、全相同、首端彼此互隔120º、對稱地放置到定子槽內(nèi)的三個獨立的繞組由電網(wǎng)供應(yīng)的三相電壓是對稱三相電壓，由于對稱三相繞組組成的三相負載是對稱三相負載，每相負載的復(fù)阻抗都相等，所以，流過三相繞組的電流也必定是對稱三相電流。2 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向以異步電動機為例，說明旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和方向同勵磁電流的關(guān)系。 t=0 º時，合成磁場方向：向下 t=60º時，合成磁場方向順時針轉(zhuǎn)過60º。t=120º時，合成磁場方向順時針又轉(zhuǎn)過60º，共120 º。t= 180º時，合成磁場方向順時針又轉(zhuǎn)過60º，共180

4、86;。當(dāng)三相對稱電流通入三相對稱繞組，必定會產(chǎn)生一個大小不變，且在空間以肯定的轉(zhuǎn)速不斷旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°。則一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°。則/P（轉(zhuǎn)/分）旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向由通入三相繞組中的電流的相序打算的。即當(dāng)通入三相對稱繞組的對稱三相電流的相序發(fā)生轉(zhuǎn)變時，即將三相電源中任意兩相繞組接線互換，旋轉(zhuǎn)磁場就會轉(zhuǎn)變方向。3 變速恒頻發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電一個不同于火力發(fā)電和水力發(fā)電的地方，就是風(fēng)力的隨機變化性。風(fēng)速隨機變化，風(fēng)向也隨機變化，這樣發(fā)電機獲得的機械能是不穩(wěn)定的，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速會在大范圍內(nèi)變化，假如使用同步發(fā)電機，那

5、么輸出的電壓幅值和頻率都是不穩(wěn)定的。為了彌補轉(zhuǎn)子速度和同步轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差，可以在轉(zhuǎn)子繞組中進行溝通勵磁，依據(jù)上面的旋轉(zhuǎn)磁場的論述，溝通勵磁電流會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出一個相對自身旋轉(zhuǎn)的磁場。這樣轉(zhuǎn)子中的磁場相對于定子的實際轉(zhuǎn)速就有兩個部分組成，一個是轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速，一個是電磁轉(zhuǎn)速。二者的矢量和構(gòu)成產(chǎn)生定子中感應(yīng)電動勢的實際轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電時，發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速是恒定的，同電網(wǎng)頻率和定子極對數(shù)有關(guān)。60fs/Ps= nr+60fr/Pr 式中： fs為定子電壓頻率； Ps為電機定子的極對數(shù)；Pr為電機轉(zhuǎn)子的極對數(shù)； nr為雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)速； fr為轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率。 由上式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速nr發(fā)生

6、變化時，若調(diào)整fr變化，可使fs保持恒定不變，實現(xiàn)雙饋發(fā)電機的變速恒頻把握。4 雙饋變頻器工作原理上面講到，雙饋異步發(fā)電機在形式上和繞線轉(zhuǎn)子電動機是全都的，要實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組的變速恒頻發(fā)電把握，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過滑環(huán)，由雙饋變頻器供應(yīng)溝通勵磁，雙饋變頻器由電網(wǎng)供電。 雙饋發(fā)電機組原理圖雙饋變頻器電路拓撲結(jié)構(gòu)圖4.1雙饋變頻器的結(jié)構(gòu)雙饋變頻器一般使用交直交這種形式，兩邊各有一個PWM變流器，和電網(wǎng)連接的一般稱為網(wǎng)側(cè)變流器，和轉(zhuǎn)子連接的一般稱為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，中間使用直流環(huán)節(jié)將兩邊連接起來。變流器可以實現(xiàn)整流和逆變這兩種基本的功能。功率元件一般使用IGBT，并同二極管反并聯(lián)。中間回路使用電容建立直流環(huán)節(jié)。

7、4.2工作原理電網(wǎng)的三相溝通電經(jīng)過網(wǎng)側(cè)變流器的整流作用，在中間環(huán)節(jié)建立起來直流電壓。此時轉(zhuǎn)子側(cè)變流器處于逆變狀態(tài)，將中間直流電壓逆變?yōu)槿鄿贤妷?，輸出給轉(zhuǎn)子繞組進行勵磁?！半p饋”其本意是能量的雙向反饋，上面講到的狀況是能量流淌的一種形式，屬于電網(wǎng)給變頻器供電，變頻器對轉(zhuǎn)子繞組進行勵磁，對轉(zhuǎn)子繞組進行饋電。能量的流向是從電網(wǎng)流向轉(zhuǎn)子。另外的一種形式是發(fā)電機轉(zhuǎn)子處于發(fā)電狀態(tài)，向雙饋變頻器輸出能量，此時轉(zhuǎn)子側(cè)變流器處于整流狀態(tài)，中間直流環(huán)節(jié)不變，網(wǎng)側(cè)變流器處于逆變狀態(tài)，將中間直流母線電壓逆變?yōu)楹碗娋W(wǎng)電壓幅值和頻率全都的溝通電，將能量反饋給電網(wǎng)。以上就是雙饋異步發(fā)電的簡潔理論原理。5 雙饋發(fā)電機的三

8、種工作狀態(tài)依據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，雙饋發(fā)電機有三種不同的工作狀態(tài)。它的這種特點，使雙饋發(fā)電機組能在很寬的一段風(fēng)速范圍內(nèi)穩(wěn)定發(fā)電。這也是它比常規(guī)異步發(fā)電機性能先進的地方。5.1亞同步狀態(tài)轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速小于發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速。（0<S<1）雙饋變頻器對雙饋異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子進行勵磁的最終目的，就是在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，這個磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速合成為轉(zhuǎn)子發(fā)電的實際轉(zhuǎn)速，以便達到電機的同步轉(zhuǎn)速。使異步發(fā)電機像同步發(fā)電機一樣運行。此時的能量流淌關(guān)系是，變頻器給轉(zhuǎn)子供電，能量由電網(wǎng)流向轉(zhuǎn)子。定子輸出的能量由兩部分組成，一是輪轂傳遞的機械能，一是轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)得到的能量。而輸送到電網(wǎng)的能量是機械能。5.2同步狀態(tài)轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速等于發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速。（S=0）雙饋變頻器給轉(zhuǎn)子以直流勵磁，此時雙饋異步發(fā)電機就是同步發(fā)電機運行。除了轉(zhuǎn)子繞組的一些損耗外，轉(zhuǎn)子不消耗能量用于勵磁發(fā)電。機械能全部轉(zhuǎn)化為電能從定子輸出到電網(wǎng)。5.3超同步狀態(tài)轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速大于發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速。（S<0）此時發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子都處于發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器處于整流狀態(tài)，網(wǎng)側(cè)變流器處于逆變狀態(tài)。轉(zhuǎn)子發(fā)出的電能反