双馈异步发电机
双馈异步发电机
有刷双馈式异步发电机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，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。
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，输出频率一般不超过输入频率的1/3。
其容量一般不超过发电机额定功率的30%，通常只需配置一台1/4功率的变频器。
其原理图如图1所示。
双馈式异步发电机向电网输出的功率由两部分组成，即直接从定子输出的功率和通过变频器从转子输出的功率。
风力机的机械速度是允许随着风速而变化的。
通过对发电机的控制使风力机运行在最佳叶尖速比，从而使整个运行速度的范围内均有最佳功率系数。
双馈式异步发电机的变速运行是建立在异步电机基础上的，众所周知异步电机既可作为电动机运行，也可作为发电机运行。
我们将转子转速n与同步转速ns的差值定义为转差，转差与同步转速之比的百分值定义为转差率。
在作电动机运行时，异步电动机转子的转速只能是略低于同步转速，此时产生的电磁转矩与转向相同，转差率＞0。
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理：
双馈发电机是指发电机的定转子都能发电的发电机。
当发电机转速小于旋转磁场同步转速时，处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供励磁电流，定子发出电能给电网；
当电机转速大于旋转磁场的同步转速时，处于超同步运行状态，此时发电机由定子和转子同时发出电能给电网；当电机转速等于旋转磁场的同步转速时，此时发电机作为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。
当发电机转速变化时，若控制转子供电频率响应变化，可使电流频率保持恒定不变，与电网频率保持一致，实现了变速恒频控制。
特点：
双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，降低了变频器的造价。
变频器的容量仅为总机组容量的1/3左右。
在最大输出功率时，转子和定子共发出1.5MW的电能。
因此，双馈异步发电机产生的谐波要比所有功率都经逆变器流入电网的同步电机或异步电机变速系统小得多。
转差频率调节,调速范围为发电机同步转速的33.3％。
降低控制系统成本、减少系统损耗，提高效率。
功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒为1。
根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性0.95，感性0.90。
低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。
先进的双PWM变频器，实现四象限运行。
变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量。
缺点:
有碳刷结构，需要定期更换碳刷。
双馈异步发电机
双馈异步发电机交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机.交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁,使其具有灵活的运行方式,在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。
交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种:1) 运行于变速恒频方式;2) 运行于无功大范围调节的方式;3) 运行于发电-电动方式。
关于双馈异步风力发电机：双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。
该发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。
电机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构[1]。
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。
由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了"柔性连接"，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。
双馈异步发电机原理：目前的风电机组多采用恒速恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。
在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮的转速。
在这种情况下，风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。
效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。
与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，机组效率提高。
同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。
双馈异步发电机的工作特性：双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。
风力发电机组 双馈异步发电机 国标
风力发电机组双馈异步发电机国标（最新版）目录1.风力发电机组概述2.双馈异步发电机的定义及工作原理3.国标对双馈异步发电机的规定4.双馈异步发电机在风力发电中的优势5.双馈异步发电机的国内外现状6.双馈异步发电机的发展趋势正文一、风力发电机组概述风力发电机组是一种可再生能源设备，通过将风能转化为电能，为我国提供清洁的能源来源。
风力发电机组主要由风轮、传动系统、发电机等部分组成。
其中，发电机是风力发电机组的核心部件，其作用是将风轮产生的机械能转化为电能。
二、双馈异步发电机的定义及工作原理双馈异步发电机是一种绕线型电机，其主要由定子和转子两大基础结构组成。
双馈异步发电机的特点是电网负责提供定子绕组所需电压，而转子绕组所需能量则来自于变频器。
通过将定子和转子连接到电网上，实现能量的转化。
三、国标对双馈异步发电机的规定我国国家标准《风力发电机组，双馈异步发电机 (第 1 部分):技术条件》(gb/t,23479.1-2009) 对双馈异步发电机的技术条件进行了详细规定。
该标准由全国风力机械标准化技术委员会归口，永济新时速电机电器有限责任公司、湘潭电机股份有限公司、清华大学、沈阳工业大学等单位参与起草。
四、双馈异步发电机在风力发电中的优势双馈异步发电机在风力发电中具有以下优势：1.提高发电效率：双馈异步发电机通过变频器调整电机的转速和电压，使其始终处于最佳工作状态，从而提高发电效率。
2.降低成本：双馈异步发电机结构简单，且采用增速齿轮箱，使得电机体积小、重量轻，易于安装和维护，从而降低成本。
3.提高系统可靠性：双馈异步发电机采用全功率变频器，具有较强的过载和过流保护能力，可提高整个风力发电系统的可靠性。
五、双馈异步发电机的国内外现状目前，双馈异步发电机在国内外的发展已经取得了长足的进步，广泛应用于风力发电等领域。
然而，一些核心技术仍需进一步完善，以提高发电效率和降低成本。
六、双馈异步发电机的发展趋势随着技术的不断进步和市场需求的不断增长，双馈异步发电机在风力发电领域的应用将更加广泛。
什么是双馈异步发电机
什么是双馈异步发电机，什么是异步电机，两者的区别绕线电动机的转子铁心是不绝缘的，双馈电机的铁心是绝缘的，主要是双馈电机需要考虑转子交流励磁的工况，而绕线电机一般工作在转差率不高的异步状态。
使用绕线电动机替代双馈电机最大的问题就是转子涡流损耗较大，调速工作的范围非常有限，太宽的调速将导致转子励磁交流频率高，损耗就大了。
此外绕线电机的绕线转子线路的绝缘是很低的，正常工作时电机的无功必须依赖电网补充。
作为双馈电机使用时，如果电机需要向电网发无功，则励磁的电压会比较大，可能会超出电机的极限引起击穿事故。
使用绕线电机替代双馈电机是可行的，但调速范围要远远小于真正的双馈电机。
使用绕线电机替代主要是常规异步电机的漏磁要比发电机的大，磁场气隙也比较大。
此外绕线电机因为转子不绝缘，相当于存在一个阻尼绕组，导致转子交流励磁磁场被涡流部分抵消（也会影响暂态过程），要接近双馈电机的状态，就只能在额定转速附近试验，转速调整的范围就很小，绕组励磁频率很低，没有意义。
励磁频率越高，涡流影响越大，偏差也越大，影响实验结果。
在调速运行时，转子与定子磁场存在差速，相当于一个磁场从转子表面扫过，会导致转子产生涡流，也会引起定子的功率损耗。
要改造绕线电机几乎等于买几个新的，非常不划算了。
双馈发电机又被人们称之为交流励磁发电机.由于转子方采用交流电压励磁,使其具有灵活的运行方式,在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。
交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种:1) 运行于变速恒频方式;2) 运行于无功大范围调节的方式;3) 运行于发电-电动方式。
异步发电机是指异步电机处于发电的工作状态，从其激励方式有电网电源励磁发电（他励）和并联电容自励发电（自励）两种情况。
1、电网电源励磁发电：是将异步电机接到电网上，电机内的定子绕组产生以同步转速转动的旋转磁场，再用原动机拖动，使转子转速大于同步转速，电网提供的磁力矩的方向必定与转速方向相反，而机械力矩的方向则与转速方向相同，这时就将原动机的机械能转化为电能。
双馈异步发电机 工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统的发电机，其工作原理是利用两个独立的电路，即主回路和辅助回路，来实现有效的变速调节和发电功率控制。
主回路是由发电机的定子绕组和电网组成，它负责将发电机产生的电能传输到电网中。
辅助回路由辅助回路绕组和产生逆变电压的逆变器组成。
辅助回路将逆变后的电能送回到发电机的转子绕组中，这样就形成了发电机的双馈结构。
通过控制逆变器输出的电压和频率，可以实现对发电机的转速和功率的调节。
在运行过程中，双馈异步发电机的转子绕组通过转速传感器等装置实时监测转子的转速，并将转速信号传输给控制系统。
根据所设定的转速和功率要求，控制系统通过调节逆变器的输出电压和频率，来控制转子的转速。
具体地说，当风能资源较为丰富时，控制系统会提高逆变器的输出电压和频率，从而提高转子的转速。
反之，当风能资源较为稀缺时，控制系统会降低逆变器的输出电压和频率，使转子的转速下降。
通过灵活地调节逆变器的输出，双馈异步发电机能够在不同的风力条件下运行，并始终保持较高的发电效率。
总的来说，双馈异步发电机通过在转子回路中引入辅助回路，并通过逆变器来调节转子的转速和功率，实现了对风力发电系统的灵活控制。
这种发电机具有高效、可靠和可变风速工作范围宽等优点，成为风力发电系统中常用的发电设备之一。
双馈异步发电机..
附：自动注油器相关参数
P1 及P2分别为暂停时间的时与分。0.4(4分)-59小时59分 P3 为每周期的循环次数(1-5) P4 为外部故障显示的监控继电器输出信号(NO、 NC) 每冲程出油量为 0.18 cm3(出厂默认设为最大) PP 设定的暂停时间 rP 剩余的暂停时间 AC 自动启动润滑循环的次数 (最大9999) UC 手动启动润滑循环的次数 (最大9999)
转子类型： 绕线式 转子绕组接线方式：星型 转子额定电压： 419 V 转子堵转电压： 2018 V 最大转子电流： 450 A 绝缘等级： H 级 结构型式： IM B3 极数： 4 极 冷却方式： 机壳水泠 绕组温升限值： 105 K 转向： 从输出轴方向观察为逆时针 防护等级： IP54 重量： 不大于 6350 kg
五、日常维护
电机所必需的维护包括： a. 轴承维护（含润滑） b. 滑环和电刷维护 c. 清洁电机和附件。 5.1为保证电机的使用寿命，轴承要求定期润滑。 润滑脂牌号：Shell Albida EMS2 如因某种原因没有所要求的润滑脂，使用其他等 级相当的润滑脂，需确定两种油脂的相容性和新油脂 加注量。加注时要严格保证润滑脂的清洁。 加油部位及周期： 传动端 （润滑点1）每运转3500h 加注 100g。 非传动端 (润滑点2）每运转3500h 加注 100g。
3.3 加热器 电机装配有4个供电电压为220V功率为150W的电 加热器。电加热器的电源线已引至辅助接线盒中。具 体接线位置可参考接线盒盖板背部的接线图。
注意事项： 1）为了电机获得加热一致性，每干燥20分钟将电机转子转1/4。 2）每小时测量一次绝缘电阻。 4）电机正常工作时，必须断开加热器的电源
简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向
题目：简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向一、双馈异步发电机及其工作原理1、双馈异步发电机双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，是变频风力发电机组的核心部分，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。
该发电机主要有电机本体和冷却系统两大部分组成。
电机本体有定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。
由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成“柔性连接”，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。
2、双馈异步发电机的工作原理根据电机学理论，在转子三相对称绕组中通入三相对称的交流电，将在电机气隙间产生磁场，此旋转此磁场的转速与所通入的交流电的频率及电机的极对数p 有关。
p f n 2260= （1-1）式（1-1）中，2n 为转子中通入频率为2f 的三相对称交流励磁电流后所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度（r/min ）。
从式（1-1）中可知，改变频率2f ,即可改变2n 。
因此若设1n 为对应于电网频率50Hz （Hz f 502=）时发电机的同步转速，而n 为发电机转子本身的旋转速度，只要转子旋转磁场的转速与转子本身的机械速度n 相加等于定子磁场的同步旋转速度1n ,即12n n n =+ （1-2）则定子绕组感应出的电动势的频率将始终维持为电网频率1f 不变。
式（1-2）中，当2n 与n 旋转方向相同时，2n 取正值，当2n 与n 旋转方向相反时，2n 取负值。
由于pf n 1160= （1-3） 将式（1-1），式（1-3）代入式（1-2）中，式（1-2）可另写为1260f f np =+ （1-4） 式（1-4）表明不论发电机的转子速度n 随风力机如何变化，只要通过转子的励磁电流的频率满足式（1-4），则双馈异步电动机就能够发出与电网一致的恒定频率的50Hz 交流电。
什么是“双馈”？双馈异步发电机的原理和条件是什么？
什么是“双馈”？双馈异步发电机的原理和条件是什么？“双馈”是异步电机的一种运行方式，也是一个专用术语。
其中的“馈”字，英语为“Fed ”，在这里，汉语应该理解为电能“交换”，故双馈即是双端馈电。
注意，“Fed ”并不确指电能的交换方向（输出还是输入），所以，双馈既有双馈发电机，亦有双馈电动机。
对于绕线转子的异步电机，除了定子必然和电源相联之外，转子也可以和电源相联，于是，当电机作为发电机时，称之为双馈异步发电机；反之作为电动机时，则称为双馈电动机，而只有一端和电源相联的普通电机则属于“单馈”。
还要指出，双馈发电或双馈电动均属于和外部电源的电能交换，因此，双馈（Double Fed ）以及串级（Cascade Control ）都应归属于外馈（）。
双馈异步发电机的基本原理和普遍的异步发电机原理是一致的，所不同的是，双馈发电机的转子不是单纯地输入机械功率M P ，还有和附加电源交换的电功率K P 。
这样做的目的何在？我们先从普通的异步发电机谈起。
按照异步电机的原理，异步发电机的功率转换流程为转子功率2P —→电磁功率em P —→定子电功率1P考虑到功率转换中的损耗，转子的功率2P 必须大于转子的电磁功率em P ，即有2P ＞em P这是能量守恒的体现，也是异步发电机的核心原理。
发电机目的是将机械能转化为电能，所以，按理转子功率2P 应该就是机械功率M P ，但是问题出来了，根据电机学和力学原理，旋转电机的机械功率普遍表达为n T P M M 602π= 等于机械转矩M T 和转速n 的乘积；而异步电机的电磁功率表达为1602n T P em π= 即为电磁转矩T 和同步转速1n 的乘积。
同步转速是旋转磁场的转速，且pf n 1160=考虑到电机稳定运行必然遵循转矩平衡原理，也就是机械转矩和电磁转矩大小相等，方向相反，即M T T =结果，在n ＜1n （亚同步）时，却是M P ＜em P或者2P ＜em P转子功率小于电磁功率，异步电机不但不能发电，反而是作电动机运行。
双馈异步发电机原理
双馈异步发电机原理双馈异步发电机（Double Fed Induction Generator，DFIG）是一种常用于风力发电系统的电机。
它具有一定的功率调节能力和较高的发电效率，在现代能源领域得到广泛应用。
本文将就双馈异步发电机的原理进行介绍。
一、简介双馈异步发电机由固定部分（定子）和旋转部分（转子）组成。
定子绕组中通以三相对称电流，形成旋转磁场，而转子通过刚性转子轴与风力发电机的转动相连。
定子与转子的耦合通过定子绕组和转子绕组之间传递电流来实现。
这就是为什么它被称为“双馈”发电机的原因。
二、工作原理当双馈异步发电机以风力发电机的转动速度运转时，风轮带动发电机旋转，同时将机械能转化为电能。
定子的电压通过电网和电池汇流条供电。
为了实现双馈异步发电机的控制，定子绕组由逆变器供电，逆变器通过电网进行功率调节，并使双馈异步发电机保持在最佳工作状态。
三、主要特点1. 调节能力：双馈异步发电机的电压和频率可以通过逆变器调节，从而实现对功率输出的精确控制。
这使得它在风能系统中成为一种理想的发电机。
2. 高效性能：相比传统发电机，双馈异步发电机在输送能量时能够减小电流的损耗，提高发电效率。
3. 提高动态响应：双馈异步发电机可以通过逆变器的调节来提高其动态响应能力，使其能够更快速地适应变化的风速和负载。
4. 减少对电网的影响：双馈异步发电机可以通过逆变器来控制发电功率，减少对电网的负荷影响，提高电网的稳定性和可靠性。
四、应用领域双馈异步发电机在风力发电系统中得到广泛应用。
其调节能力和高效性能使其成为风能转换系统的核心组件。
同时，双馈异步发电机也可以应用于其他领域，如水力发电、轨道交通以及工业领域等。
总结双馈异步发电机具有调节能力强、高效、动态响应快以及对电网影响小等特点，为风力发电系统带来了巨大的发展潜力。
随着能源需求的不断增长，双馈异步发电机将继续在可再生能源领域发挥重要作用，为我们提供更清洁、可持续的发电解决方案。
《风电场课件》双馈异步发电机
在风电场中的应用
1
小型风电机组
双馈异步发电机在小型风电机组中应用较广泛。
2
大功率风电机组
用于大功率风电机组时，双馈异步发电机的占比较少。
3
新兴领域
除了风电场，双馈异步发电机也应用于海上风电和光伏发电等新兴领域。
优缺点
• 成本较低，效率较高。 • 噪音、振动小，维修方便。 • 控制系统相对复杂。 • 对电网电压和频率要求高，不够灵活。
主要技术参数
额定功率 变频调速范围 变频器效率 多功率点输出
1.5~ 5M W 25%~ 100% ≥ 96% 采用电网侧M PPT控制方式实现
维护与保养
定期维护
按照制定的保养计划进行维护。
检查电缆和电气连接
检查电缆和接线，保证设备的电 气系统工作正常。
故障处理和更换
对故障进行分析，及时处理和更 换故障部件。
双馈异步发电机
风电场的灵魂，让风的力量转化为能源。
工作原理
转子电路
与电网同步运行，输出交流电。
定子电路
变流器电路
将风轮机转换的动能转化为电能。
将双馈异步发电机产生的电能转 变为电网所能接受的频率和电压 的电能。
结构
转子
由永磁体、感应线圈和同步 电机组成。
定子
由三相绕组和三相整流器组 成。
变流器
将双馈异步发电机产生的电 能转变为电网所能接受的频 率和电压的电能。
发展趋势
1 提升轮毂高度
提高风电机组装机容量和 降低电站建设成本。
2 研发新型风轮机叶片 3 智能化控制系统
提高发电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ率，降低成本。
提高运行效率和安全性， 减少设备故障。
双馈异步发电机
1，双馈异步发电机并网运行过程中，不仅定子始终向电网馈送电能，在一定工况下，转子也向电网馈送电能，即电机从两端（转子和定子）进行能量馈送，“双馈”由此得名。
2，对于风力发电所占比例较高的电力系统，风力发电机组的离网会造成电网电压和频率的崩溃。
高风速期间如果出现大面积切机将对电网会出现毁灭性的打击，而且对于风力发电机组本身在突然脱网过程中出现机械输入和电机输出功率不平衡，暂态过程导致发电机中出现过流，可能造成电气损坏，同时由于不平衡带来的附件转矩、应力还有可能损坏机械部件。
3，实现变速恒频风力发电。
主流机型有绕线式转子双馈发电机系统和永磁直驱型风力发电系统。
1）绕线式转子双馈发电机系统原理：发电机采用绕线转子感应发电机，定子接电网或者直接接负载。
在转子侧施加交流励磁来控制发电机的转矩。
转速变化时，控制转子电流的频率，可以是定子频率恒定。
转子和电网孩子间需要有双向的能量流动，所以采用双PWM变流器。
转子侧逆变器控制发电机，定子侧逆变器控制和电网的能量交换，转子侧只处理转差功率。
2）永磁直驱型风力发电机系统4，变流器（整流器或逆变器）都有个特点：他们直接或者通过变压器，电抗器等设备间接接地与电网并联或串联，这类变流器必须与所连接的电网同步运行，因此要实现锁相技术。
5，锁相环包括三个部分，鉴相器，环路滤波和电压振荡器。
其中鉴相器是用来检测输入信号和输出信号之间的相位偏差，LF是用来校正偏差的。
6，在不平衡情况下，三相电网电压通常包括正序、负序和零序电压，7，I1=Ia1= 1/3(IA +αIB +α2 IC)I2=Ia2= 1/3(IA +α2 IB +αIC)I0=Ia0= 1/3(IA +IB +IC)式中，α为运算子，α=1∠120°,有α2＝1∠240°,。
双馈异步风力发电机(讲)
双馈异步风力发电机(西莫讲堂)1. 引言：风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。
发电机主要包括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。
永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW 的永磁直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。
同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。
异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPM下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW，1.5MW，2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。
2.双馈异步发电机的原理：所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。
现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。
通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。
有个大致感觉是1.5MW 发电机的定子发电量大概1200KW，转子大约300KW，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。
《风电场课件》双馈异步发电机
技术创新 临成本挑战，需要寻求经济可行的技 术方案。
THANKS
02
双馈异步发电机的系统组成
转子绕组
转子绕组是双馈异步发电机的重要部 分，负责产生磁场。它通常由铜线绕 制而成，并安装在转子的铁芯上。
转子绕组的匝数和连接方式对发电机 的性能和电压等级有着重要影响。通 过改变转子绕组的匝数，可以调节发 电机的电压和电流。
定子绕组
01
定子绕组是双馈异步发电机中的 固定部分，负责产生三相交流电 。它由铜线绕制而成，并安装在 定子的铁芯上。
清洁与除尘
保持发电机表面清洁，定期清除灰尘和杂物， 防止对发电机散热造成影响。
油液检查与更换
检查油液的品质和数量，确保油液符合要求， 并及时更换油液。
常见故障及原因分析
电压异常
电压过高或过低，可能是由于发电机 转速不稳定、励磁系统故障或负载不 平衡等原因引起。
振动与噪声
发电机绝缘材料老化或受潮，可能导 致绝缘故障，影响发电机的正常运行 。
智能电网
双馈异步发电机能够适应智能电网的需求，实现与电网的智能互联和优化调度，提高电网的运行 效率和可靠性。
未来发展前景与挑战
市场需求持续增长
政策支持与市场环境
随着可再生能源市场的不断发展，双 馈异步发电机的市场需求将持续增长， 具有广阔的市场前景。
政策支持和市场环境对双馈异步发电 机的发展具有重要影响，需要关注相 关政策动态和市场变化。
保护系统
保护系统是双馈异步发电机的安全保障，用于保护发电机免 受过载、短路等故障的影响。它包括熔断器、断路器、继电 器等组件。
保护系统在发电机出现故障时，能够迅速切断电源或发出报 警信号，以防止故障扩大，确保发电机和风力机的安全运行 。
双馈异步发电机(金风)全解
(4) 降低输出功率的波动和机组的机械应力;
(5) 在转子侧控制功率因数,可提高电能质量,实现安全、便捷 并网; ( 6) 其变频器容量仅占风力机额定容量的25%左右,与其他全 功率变频器相比大大降低变频器的损耗及投资。 因此,目前的大型风力发电机组一般是这种变桨距控 制的双馈式风力机,但其主要缺点在于控制方式相对复杂, 机组价格昂贵。
双馈式风力机是目前世界各国风力发电的研究热 点之一,我国已有部分地区的风力发电场开始使用这种风 力机系统。相对于传统的恒速风力机,其性能优势体现在: (1) 控制转子电流就可以在大范围内控制电机转差、有功功 率和无功功率,参与系统的无功调节,提高系统的稳定性; (2) 不需要无功补偿装置;
(3) 可以追踪最大风能 ,提高风能利用率;
•
因此,若设n1 为对应于电网频率为50Hz ( f 1 =50Hz) 时异步发电机的同步转速（磁场的转速）, 而n 为异步电机转子本身的旋转速度,则只要维持 n + n2 = n1 为常数,则异步电机定子绕组的感应电 势的频率始终维持为f 1 不变。 f 2 = p ( n1 - n) / 60 = pn1/ 60 ×( n1 - n) / n1 = sf 1 。 • 可见,在异步电机转子以变化的转速转动时, 只要在转子绕组中通入滑差频率( sf 1) 的电流,则 在异步电机的定子绕组中就能产生50Hz 的恒频 电势。
当在转子绕组中串入频率与其感应电势的频率相同、 相位与幅值可调电压Û2 后,通过改变串入电压Û2 与转子 电动势相角关系及其幅值大小,即可将异步发电机调整为 超同步发电机、亚同步发电机、同步发电机三种状态。其 中,适当调整转子外加电压Û2 与E2S 的相位关系时可提高 电机的功率因数、改善电网特性。
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统中的发电机。
它可以在风速不稳定的情况下，有效地调节电力输出，提高发电系统的可靠性和稳定性。
双馈异步发电机由主绕组和副绕组两部分组成。
主绕组连接到电网，副绕组通过转子与风力发电机相连。
主绕组通常采用固定的磁场，而副绕组的磁场则由转子上的线圈产生。
当风力发电机旋转时，风力使得转子产生运动。
转子上的线圈通过转子运动产生感应电动势，并将电能转化为机械能。
这个机械能通过转轴传递到发电机的主绕组中。
主绕组将这个机械能转化为电能，并将其输入电网。
副绕组的作用是调节发电机的电力输出。
当风力发电机的转速发生变化时，副绕组的磁场也会随之变化。
这样一来，主绕组中输入电网的电力也会相应地发生变化。
通过调节副绕组的磁场，双馈异步发电机可以达到调节电力输出的目的。
双馈异步发电机的优点是在风速变化较快的情况下，仍然可以保持较高的发电效率。
同时，双馈异步发电机还具有自动调节功率因数和抗瞬态电压冲击的能力。
总而言之，双馈异步发电机通过主绕组和副绕组的协同工作，实现了风力发电系统的稳定运行和高效发电。
它在风力发电领域中具有重要的应用价值。
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机工作原理双馈异步发电机是一种常用于风力发电和水力发电等领域的发电机，其工作原理主要基于双馈变流器的控制原理。
双馈异步发电机由定子、转子、双馈变流器和控制系统等部分组成，其工作原理如下：首先，当双馈异步发电机接通电网后，定子绕组和转子绕组都会受到电网的激励，从而产生电磁力和电磁转矩。
在发电机运行过程中，双馈变流器会通过控制转子绕组的电流，调节发电机的输出功率和电压，从而实现对发电机的控制。
其次，双馈异步发电机的转子绕组通过双馈变流器与电网相连，可以实现双向能量的传递。
当发电机转速超过额定转速时，双馈变流器可以将多余的能量通过转子绕组反馈到电网中，从而实现对发电机的功率调节，提高发电机的运行效率。
另外，双馈异步发电机的控制系统可以实现对发电机的无级调速，使其在不同风速或水流条件下都能够保持稳定的输出功率和电压。
通过控制双馈变流器的工作状态，可以实现对发电机的无级调速和无功功率控制，从而满足不同场合对发电机功率和电压的需求。
总的来说，双馈异步发电机通过双馈变流器和控制系统的配合，实现了对发电机的精确控制和调节，提高了发电机的运行效率和稳定性，是一种在风力发电和水力发电等领域广泛应用的发电机类型。
在实际应用中，双馈异步发电机可以根据具体的需求和场合进行灵活的设计和调整，从而更好地满足不同场合对发电机功率和电压的需求。
同时，双馈异步发电机还具有结构简单、维护成本低等优点，因此在风力发电和水力发电等领域有着广阔的应用前景。
综上所述，双馈异步发电机通过双馈变流器和控制系统的精确配合，实现了对发电机的精确控制和调节，提高了发电机的运行效率和稳定性，是一种在风力发电和水力发电等领域具有广泛应用前景的发电机类型。
专业资料 双馈异步发电机原理
双馈异步发电机原理双馈异步发电机是一种风力发电机，具有定子和转子同时发出电能并连于电网的特点。
这种发电机的转子与定子都参与励磁，可以与电网有能量的交换。
下面详细介绍双馈异步发电机的原理。
1.定子和转子同时发出电能，并连于电网双馈异步发电机的定子和转子都装有绕组，当转子以一定的速度旋转时，定子和转子中的电流会产生磁场，这个磁场会随着转子的旋转而旋转。
这个旋转的磁场会与定子中的绕组相互作用，从而在定子中产生电能。
这个电能可以连入电网，为电网供电。
2.转子与定子都参与励磁，可以与电网有能量的交换双馈异步发电机的转子和定子都参与励磁，也就是说，转子和定子中的绕组都会被通电。
这样，转子和定子中的磁场就会相互作用，从而产生机械转矩。
这个机械转矩可以驱动叶轮旋转，将风能转变为机械能。
同时，这个机械转矩也可以通过主轴传动链传递给发电机，从而将机械能转化为电能。
3.通过叶轮将风能转变为机械转矩双馈异步发电机的叶轮可以将风能转变为机械能。
当风速达到一定值时，叶轮会开始旋转，从而将风能转化为机械能。
这个机械能可以通过主轴传动链传递给发电机，从而转化为电能。
4.主轴传动链将机械转矩传递给发电机双馈异步发电机的主轴传动链可以将叶轮旋转产生的机械能传递给发电机。
这个传动链包括齿轮、轴承等传动元件，可以将叶轮旋转的机械能传递给发电机的主轴。
5.励磁变流器励磁将发电机定子电能并入电网双馈异步发电机的定子中的电能需要通过励磁变流器才能并入电网。
这个变流器可以控制发电机的励磁电流，从而控制发电机的输出电压和频率。
当发电机的输出电压和频率与电网相符时，就可以将电能并入电网。
6.超过发电机同步转速时，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电当风速超过发电机同步转速时，双馈异步发电机的转子也处于发电状态。
这时，转子中的磁场会与定子中的绕组相互作用，从而在定子中产生电能。
这个电能也可以通过励磁变流器并入电网。
同时，这个电能还可以通过变流器向电网馈电，从而实现能量的双向交换。
双馈异步发电机
定子每相线圈安装2个PT1OO。
前后轴承各装有2个PT1OO。
主电刷和接地碳刷均具有碳刷磨损监控装置。
定、转子雷电保护装置。
7. 发电机的使用维护 ① 运输、存储 ② 安装、调试 ③ 维护、保养 润滑脂的补充 电刷维护 滑环维护 热敏元件检测数据的分析判断 风机的正常使用
2. 具有变速恒频的特性。 3. 可以实现有功功率和无功功率的调节。
四、双馈发机考核的关键点
1. 工作特性 a. 空载特性测定 b. 负载特性测定（包括转
子绕组短路状态下异步 发电机的固有特性和转 子绕组由双向逆变器供 电状态下的调节特性） c. 效率计算和特性曲线绘 制 2. 温升考核
a. cosΦ=1 b. cosΦ=±0.95 3. 一般电机试验项目
一、 风力发电机的主要类型
异步发电机
同步发电机
使用 场合
特点
双速发电 机
定桨距风 力发电机 组
低风速低 速运行， 使发电机 也具有在 较高的效 率水平。
绕线式异步发 电机
变桨距风力发 电机组
高风速时可以 通过控制转子 电阻，使得输 出功率保持平 稳。
双馈异步发 电机
变速风力发 电机组
低速永磁同步发电机 变速风力发电机组
可以方便调 可以控制励磁调节发 节有功功率 电机的功率因数，使 和无功功率 功率因数达到1。在 的输出，同 相同条件下，同步发 时调节电网 电机的调速范围比异 的功率因数。 步发电机更宽。
二、双馈发电机的工作原理
双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相 位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发 电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整， 使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通 过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频 率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。
双馈异步发电机
系统原理图
如果在三相对称绕组中通入三相对称交流电,则将在电机 气隙内产生旋转磁场。
此旋转磁场的转速与所通入的交流电频率f 2 及电机的极 对数p 有关,即n2 = 60f 2/ p。
式中: n2 为绕线转子三相对称绕组通入频率为f 2 的三相 对称电流后所产生的旋转磁场, 相对于转子本身的旋转速度。
在忽略电机部分损耗时,异步电动机运行中功率关系如下:
Pem = m1 U1 I1 cosφ1 Pmec = (1 - S) Pem Ps = S ×Pem Pem = Pmec + Ps 式中, Pem —电磁功率; Pmec —机械功率; Ps —转差功率。
• 双馈风力发电机的功率传递关系如下:
(1) 控制转子电流就可以在大范围内控制电机转差、有功功 率和无功功率,参与系统的无功调节,提高系统的稳定性;
(2) 不需要无功补偿装置;
(3) 可以追踪最大风能 ,提高风能利用率;
(4) 降低输出功率的波动和机组的机械应力;
(5) 在转子侧控制功率因数,可提高电能质量,实现安全、便捷 并网;
( 6) 其变频器容量仅占风力机额定容量的25%左右,与其他全 功率变频器相比大大降低变频器的损耗及投资。
从上式可知,改变频率f 2 , 即可改变n2 。 若改变通入转子三相电流的相序, 还可以改变转子旋转 磁场的方向。
•
因此,若设n1 为对应于电网频率为50Hz ( f 1 =50Hz)
时异步发电机的同步转速（磁场的转速）, 而n 为异步电
机转子本身的旋转速度,则只要维持n + n2 = n1 为常数,则 异步电机定子绕组的感应电势的频率始终维持为f 1 不变。 f 2 = p ( n1 - n) / 60 = pn160 ×( n1 - n) / n1 = sf 1 。
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(2) 通过调节转子电压的频率、幅值、相位等实现系统的变 速恒频功能。
由电机学原理可知,异步电机频率具有下述关系: f 1 = f m ±f R (超同步时取- ,亚同步时取+ ) ; f 1 —定子电压频率; f m —主轴传动的机械频率; f R —电机工作的转差频率。 当转子旋转速度变化时,只要相应地改变转子磁势的 频率,即可使定子频率为一常数,实现变速恒频功能。
• • • •
双馈式风力机是目前世界各国风力发电的研究热 点之一,我国已有部分地区的风力发电场开始使用这种风 力机系统。相对于传统的恒速风力机,其性能优势体现在: (1) 控制转子电流就可以在大范围内控制电机转差、有功功 率和无功功率,参与系统的无功调节,提高系统的稳定性; (2) 不需要无功补偿装置;
• (3) 并网运行时发电机和风力机的功率特性可获得最佳匹 配。图为不同风速时风力机输出机械功率与转速的关系曲 线。
•
曲线Pm ( n) 是各风速下功率曲线顶点连线,即为风力 机在各种风速下的最大功率输出曲线。 • 可以看出, Pm ( n) 近似与转速的三次方成正比例。采 用双馈风力发电系统时,通过控制转子励磁电压(或电流) 的频率、幅值、相位和相序,使发电机的功率特性按图中 Pem ( n) 曲线变化,从而实现了在多种风速下发电机与风 力机功率特性的最佳匹配,使风力发电系统获得最大风能 利用率。
系统原理图
如果在三相对称绕组中通入三相对称交流电,则将在电机 气隙内产生旋转磁场。 此旋转磁场的转速与所通入的交流电频率f 2 及电机的极 对数p 有关,即n2 = 60f 2/ p。 式中: n2 为绕线转子三相对称绕组通入频率为f 2 的三相 对称电流后所产生的旋转磁场, 相对于转子本身的旋转速度。 从上式可知,改变频率f 2 , 即可改变n2 。 若改变通入转子三相电流的相序, 还可以改变转子旋转 磁场的方向。
(2) 超同步发电区( S < 0) :在此种状态下转子转速n > n1 同步 转速,改变通入转子绕组的频率为f 2 的电流相序,则其所产 生的旋转磁场转速n2 的转向与转子的转向相反,因此有n n2 = n1 。为了实现n2反向,在由亚同步运行转向超同步 运行时,转子三相绕组必须能自动改变其向序;反之,也是一 样。此时的电磁功率Pem < 0 ,由电机定子绕组馈入电网； 转差功率PS > 0 ,由转子绕组经变频器将其馈入电网,电机 实际发电功率为(1 + | S| ) Pem ,如图。
双馈发电机介绍
工作原理
双馈异步发电机是指将定、转子三相绕组分别接入 两个独立的三相对称电源,定子绕组接入工频电源,转子绕 组接入频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的交流 电源,即采用交～直～交或交～交变频器给转子绕组供电 的结构,如图所示。 其中,转子外加电压的频率在任何情况下必须与转子 感应电动势的频率保持一致,当改变转子外加电压的幅值 和相位时即可以改变电机的转速及定子的功率因数。
在忽略电机部分损耗时,异步电动机运行中功率关系如下: Pem = m1 U1 I1 cosφ1 Pmec = (1 - S) Pem Ps = S ×Pem Pem = Pmec + Ps 式中, Pem —电磁功率; Pmec —机械功率; Ps —转差功率。
• 双馈风力发电机的功率传递关系如下: (1) 亚同步发电区(1 > S > 0) :在此种状态下转子转速n < n1 同 步转速,由滑差频率为f 2 的电流产生的旋转磁场转速n2 与 转子的转速方向相同,因此n + n2= n1 。此时的电磁功率 Pem < 0 ,由电机定子绕组馈入电网；转差功率Ps < 0 ,由电 网通过变频器提供给转子绕组,电机实际发电功率为(1 - S) Pem ,如图。
变频器容量的选择
根据实际风速的要求和风力发电机转速范围较窄的 特点,电机转速一般为(0.7-1.3) 倍额定转速,即电机转差功 率在±35 % Pem之间。转差功率大小决定了变频器容量 的大小,因此,双馈异步风力发电机变频器容量仅为发电机 功率的1/4～1/3。
适用范围
由于风力机及电机本身的结构特点,双馈风力发电机适用 范围一般选定在下述范围内: 功 率:300～3000kW 电 压:400～690V(常用) 功率因数:0.9 (滞后) ～0.9 (超前) 转差率: ±25 %(最大±35 %)
•
因此,若设n1 为对应于电网频率为50Hz ( f 1 =50Hz) 时异步发电机的同步转速（磁场的转速）, 而n 为异步电 机转子本身的旋转速度,则只要维持n + n2 = n1 为常数,则 异步电机定子绕组的感应电势的频率始终维持为f 1 不变。 f 2 = p ( n1 - n) / 60 = pn160 ×( n1 - n) / n1 = sf 1 。 • 可见,在异步电机转子以变化的转速转动时, 只要在转 子绕组中通入滑差频率( sf 1) 的电流,则在异步电机的定子 绕组中就能产生50Hz 的恒频电势。
从上面的分析看出,双馈风力发电机有诸多的优点,下面 介绍1500kW 575V 样机的技术要点: 型式:三相绕线型异步发电机 规格:YRKK500 6 1500kW575V(暂用电动机的型号) 双反馈发电运行时的电气性能： 额定功率:1501kW 额定转速:1440r/ min 额定效率:97. 1 % 额定频率:60Hz 额定功率因数:1. 0 定子电压:575V 转子电压:376V 定子电流:1287. 2A 转子电流:396. 5A 定子输出功率:1263kW 转子输出功率:247. 8kW
(3) 同步运行区: 此种状态下n = n1 ,滑差频率f 2 = 0 ,这表明此时通入 转子绕组的电流的频率为0 ,也即是直流电流,因此与普通 同步发电机一样。 此时, S = 0 , Pem = Pmec ,机械能全部转化为电能并 通过定子绕组馈入电网,转子绕组仅提供电机励磁。
与基本恒速运行的风力发电机组相比较,双馈异步风力发电机组 有以下主要特点: (1) 发电机可以在超同步和亚同步速广泛区域内运行,而且功 率因数可以调节,整个系统具有较好的特性。
(3) 可以追踪最大风能 ,提高风能利用率;
(4) 降低输出功率的波动和机组的机械应力;
(5) 在转子侧控制功率因数,可提高电能质量,实现安全、便捷 并网; ( 6) 其变频器容量仅占风力机额定容量的25%左右,与其他全 功率变频器相比大大降低变频器的损耗及投资。 因此,目前的大型风力发电机组一般是这种变桨距控 制的双馈式风力机,但其主要缺点在于控制方式相对复杂, 机组价格昂贵。
运行状态及功率传递关系
• 异步发电机相量图。 E2′—S = 1 时归算到定子侧的转子每相 感应电动势; S E2 ′—转差率为S 时归算到定子侧的 转子每相感应电动势; Û2′—折算到定子侧的转子外加电压
当在转子绕组中串入频率与其感应电势的频率相同、 相位与幅值可调电压Û2 后,通过改变串入电压Û2 与转子 电动势相角关系及其幅值大小,即可将异步发电机调整为 超同步发电机、亚同步发电机、同步发电机三种状态。其 中,适当调整转子外加电压Û2 与E2S 的相位关系时可提高 电机的功率因数、改善电网特性。