雙饋發(fā)電機(jī)原理講解

-.z.雙饋發(fā)電機(jī)原理講解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要類型異步發(fā)電機(jī)籠鼠式異步發(fā)電機(jī)特點(diǎn)：應(yīng)用于早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，離網(wǎng)型的小型發(fā)電機(jī)，構(gòu)造簡單，性能穩(wěn)定，本錢低。缺點(diǎn)：并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速必須超過同步轉(zhuǎn)速，在風(fēng)速較小的時(shí)候效率很差。一般做成大小兩個(gè)發(fā)電機(jī)，或者改變定子繞組以改變同步轉(zhuǎn)速，按照風(fēng)速段轉(zhuǎn)換。繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子繞組外接電阻，在風(fēng)速變化的時(shí)候，改變外接電阻的大小以控制輸出的功率。風(fēng)速大的時(shí)候多余的能量可以消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。雙饋異步發(fā)電機(jī)特點(diǎn)：使用雙饋?zhàn)冾l器對轉(zhuǎn)子進(jìn)展交流勵(lì)磁，隨著轉(zhuǎn)子物理轉(zhuǎn)速的變化，改變交流勵(lì)磁的交流電的頻率，幅值，相序以及相位，以使定子輸出的電壓幅值和電流頻率保持恒定，同時(shí)可以向電網(wǎng)輸出感性或容性的無功。同步發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，構(gòu)造簡單，不易損壞和維護(hù)方便，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，配合全功率變流器，在低風(fēng)速的時(shí)候也可以發(fā)電。一般用于海上風(fēng)機(jī)。直流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)特點(diǎn)：現(xiàn)在的水力和火力發(fā)電機(jī)組使用的形式，轉(zhuǎn)子由直流勵(lì)磁，改變勵(lì)磁電流的大小，可以調(diào)節(jié)輸出的功率大小和因數(shù)。雙饋異步發(fā)電機(jī)原理旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場就是一種極性和大小不變，且以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場。從理論分析和實(shí)踐證明，在對稱三相繞組中流過對稱三相交流電時(shí)會產(chǎn)生這種旋轉(zhuǎn)磁場。三相對稱繞組就是三個(gè)外形、尺寸、匝數(shù)都完全一樣、首端彼此互隔120o、對稱地放置到定子槽內(nèi)的三個(gè)獨(dú)立的繞組由電網(wǎng)提供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(fù)載是對稱三相負(fù)載，每相負(fù)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。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向以異步電動機(jī)為例，說明旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和方向同勵(lì)磁電流的關(guān)系。ωt=0o時(shí)，合成磁場方向：向下ωt=60o時(shí)，合成磁場方向順時(shí)針轉(zhuǎn)過60o。③ωt=120o時(shí)，合成磁場方向順時(shí)針又轉(zhuǎn)過60o，共120o。④ωt=180o時(shí)，合成磁場方向順時(shí)針又轉(zhuǎn)過60o，共180o。當(dāng)三相對稱電流通入三相對稱繞組，必然會產(chǎn)生一個(gè)大小不變，且在空間以一定的轉(zhuǎn)速不斷旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°。則一個(gè)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決定的。即當(dāng)通入三相對稱繞組的對稱三相電流的相序發(fā)生改變時(shí)，即將三相電源中任意兩相繞組接線互換，旋轉(zhuǎn)磁場就會改變方向。變速恒頻發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電一個(gè)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(jī)變化性。風(fēng)速隨機(jī)變化，風(fēng)向也隨機(jī)變化，這樣發(fā)電機(jī)獲得的機(jī)械能是不穩(wěn)定的，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速會在大范圍內(nèi)變化，假設(shè)使用同步發(fā)電機(jī)，則輸出的電壓幅值和頻率都是不穩(wěn)定的。為了彌補(bǔ)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(jìn)展交流勵(lì)磁，根據(jù)上面的旋轉(zhuǎn)磁場的論述，交流勵(lì)磁電流會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出一個(gè)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(shí)際轉(zhuǎn)速就有兩個(gè)局部組成，一個(gè)是轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速，一個(gè)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(shí)際轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，發(fā)電機(jī)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(jī)定子的極對數(shù)；Pr為電機(jī)轉(zhuǎn)子的極對數(shù)；nr為雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；fr為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率。由上式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速nr發(fā)生變化時(shí)，假設(shè)調(diào)節(jié)fr變化，可使fs保持恒定不變，實(shí)現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。雙饋?zhàn)冾l器工作原理上面講到，，雙饋異步發(fā)電機(jī)在形式上和繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)是一致的，要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻發(fā)電控制，轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)過滑環(huán)，由雙饋?zhàn)冾l器提供交流勵(lì)磁，雙饋?zhàn)冾l器由電網(wǎng)供電。雙饋發(fā)電機(jī)組原理圖雙饋?zhàn)冾l器電路拓?fù)錁?gòu)造圖4.1．雙饋?zhàn)冾l器的構(gòu)造雙饋?zhàn)冾l器一般使用交直交這種形式，兩邊各有一個(gè)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(shí)現(xiàn)整流和逆變這兩種根本的功能。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)。4.2．工作原理 電網(wǎng)的三相交流電經(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(shí)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嘟涣麟妷海敵鼋o轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)展勵(lì)磁。"雙饋〞其本意是能量的雙向反應(yīng)，上面講到的情況是能量流動的一種形式，屬于電網(wǎng)給變頻器供電，變頻器對轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)展勵(lì)磁，對轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)展饋電。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(jī)轉(zhuǎn)子處于發(fā)電狀態(tài)，向雙饋?zhàn)冾l器輸出能量，此時(shí)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)電壓幅值和頻率一致的交流電，將能量反應(yīng)給電網(wǎng)。 以上就是雙饋異步發(fā)電的簡單理論原理。雙饋發(fā)電機(jī)的三種工作狀態(tài)按照發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，雙饋發(fā)電機(jī)有三種不同的工作狀態(tài)。它的這種特點(diǎn)，使雙饋發(fā)電機(jī)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(jī)性能先進(jìn)的地方。5.1．亞同步狀態(tài) 轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速小于發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速?！?<S<1〕雙饋?zhàn)冾l器對雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)展勵(lì)磁的最終目的，就是在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場，這個(gè)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速合成為轉(zhuǎn)子發(fā)電的實(shí)際轉(zhuǎn)速，以便到達(dá)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。使異步發(fā)電機(jī)像同步發(fā)電機(jī)一樣運(yùn)行。 此時(shí)的能量流動關(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局部組成，一是輪轂傳遞的機(jī)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(jī)械能。5.2．同步狀態(tài) 轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速等于發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速?！睸=0〕雙饋?zhàn)冾l器給轉(zhuǎn)子以直流勵(lì)磁，此時(shí)雙饋異步發(fā)電機(jī)就是同步發(fā)電機(jī)運(yùn)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(lì)磁發(fā)電。機(jī)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(jī)械轉(zhuǎn)速大于發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速?！睸<0〕此時(shí)發(fā)電機(jī)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)。