双馈异步风力发电机(讲)
双馈异步风力发电机(讲)
双馈异步风力发电机(西莫讲堂)主讲人：Edinburgh关键词：双馈异步风力发电机会议摘要：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。
双馈发电机原理讲解完整版
双馈发电机原理讲解 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】一．双馈发电机原理讲解二．风力发电机的主要类型1．异步发电机笼鼠式异步发电机特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。
缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。
一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。
绕线转子异步发电机特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。
风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。
双馈异步发电机特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。
2．同步发电机永磁同步发电机特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。
转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。
一般用于海上风机。
直流励磁同步发电机特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。
三． 双馈异步发电机原理1．旋转磁场旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。
从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。
三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o 、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。
2．旋转磁场的转速和转向以异步电动机为例，说明旋转磁场的转速和方向同励磁电流的关系。
① ωt=0 o 时，合成磁场方向：向下② ωt=60o 时，合成磁场方向顺时针转过60o 。
《风电场课件》双馈异步发电机共28页
发电机型号含义
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3、发电机相关参数
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发电机附件
定子每相线圈安装2个PT100； 前后轴承各装有2个PT100； 检测热空气装1个PT100； 内冷外冷电机； 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；
转子
集电环 刷架
定子、转子接线盒
发电机编码器
发电机的冷却风扇
发电机如果采用空/空冷却方式，空/空冷却器放置在电机 上方，由前端或上方的小通风电机驱动，电机工作时，冷 却器开启工作，电机内部通过转子风扇作用形成内循环风 路，将热空气打到电机上方冷却器的散热器管管路外壁上， 管路外壁吸收电机内部热量；散热器两个轴流风电机组从 机舱内部吸入冷空气并使之仅通过散热器管路内壁，形成 独立于电机的外部风路，把管路外壁吸收的电机热量带走， 从而不断冷却电机。有些电机空冷器部分空间与滑环室相 连，使部分冷却风通过空冷器管道进入滑环室冷却滑环， 并经过滤器将碳粉过滤后吹出。有些电机滑环室，非传动 端轴上安装风扇，冷却风由周围环境吸入经滑环室通过过 滤器吃出机舱。正常冷却是电机工作的必要条件，日常维 护时应定期检查小通风电机接线是否松动、轴承是否正常， 确保其正常工作。
风机并网后的三种状态：
亚同步状态：即转子转速n<同步转速n1=1500rpm时，这个时
候转子旋转磁场和转子转向相同n+n2=n1，转子励磁，只有定 子发电；
超同步状态：即转子转速n>同步转速n1=1500rpm时，这个时
候转子旋转磁场和转子转向相反即n-n2=n1，定子和转子都发 电；
同步状态：即转子转速n=同步转速n1=1500rpm时，此时发电
风力发电技术-第七讲 双馈发电机
定子及转子同时向电网馈电。
*
双馈发电机特性
运行转速范围下的特性： ➢ 发电机总功率 ➢ 定子功率 ➢ 转子功率 ➢ 转子电压 ➢ 转子电流
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双馈发电机维护
电刷维护方法
检查周期为运行后一周，以后每六个月维护一次。 ➢ 在发电机停机时把独立的电刷拔出来检查。
对于定子绕组 R1（最低值，20℃时）≥15×Un兆欧 R1（最低值，75℃时）≥ 5×Un兆欧， Un(定子额定电压，kV)
对于转子绕组 R2（最低值，20℃时）≥10×Un兆欧 R2（最低值，75℃时）≥ 2×Un兆欧， Un(转子开口电压，kV)
此处的最低值适用于当整个绕组测量时，而逐相测量时的最 低值则加倍。
*
双馈发电机工作原理
双馈发电机三种运行状态
双馈发电机在稳定运行的时候，定子旋转磁势和转子磁势都是相对静止的、 同步旋转的。对双馈发电机来说有：np/60±f2=f1
式中： f1------定子绕组的电流频率； f2------转子绕组的电流频率； n-------转子的机械转速； p-------电机的极对数。
中的指示。
*
双馈发电机维护
绝缘电阻测试方法
绕组绝缘电阻为绝缘对于直流电压的电阻，此电压产生通过绝缘体及表面的泄漏电流。 绕组的绝缘电阻揭示了绕组有关吸潮及灰尘沉积程度的信息，即使没有达到最低值，也应干 燥或根据需要清洁发电机。
测量绝缘电阻
一个直流电压加在绕组被测部分及接地的机壳之间，在施加电压一分钟以后量取电阻值。 绕组不进行测试的部分以及测温元件都要接地。通常一个三相绕组是作一个整体来测量的。 发电机第一次运行之前或长时间不运行、放置之后再运行，应立即测量绝缘电阻值，原因是 经过不当运输、存放或装机之后，可能会有潮气浸入而造成绝缘电阻降到允许值以下。
双馈异步风力发电机 原理
双馈异步风力发电机（DFIG）是一种常用于大型风力发电系统中的发电机。
它采用了双馈结构，即转子上的差动输出。
下面是双馈异步风力发电机的工作原理：
1. 变速风轮：风力通过变速风轮传递给风力发电机。
2. 风力发电机转子：发电机的转子由固定的定子和可旋转的转子组成。
转子上有三个绕组：主绕组、辅助绕组和外部绕组。
3. 风力传动：风力使得转子转动，转子上的主绕组感应出交变电磁力，产生主磁场。
4. 变频器控制：通过变频器，将固定频率的电网电压和频率转换为可调节的电压和频率。
5. 辅助转子绕组：辅助绕组连接到变频器，通过变频器提供的电压和频率来控制转子的电流。
6. 双馈结构：辅助转子绕组的电流经过转子上的差动输出到外部绕组，形成双馈结构。
外部绕组与电网相连。
7. 发电转换：转子上的双馈结构使得发电机能够将风能转化为电能，
并输出到电网中。
通过双馈异步风力发电机的工作原理，可以实现对风能的高效转换和可调节的发电功率输出。
同时，利用双馈结构，可以提高发电机对风速变化的适应性和控制性能，从而提高整个风力发电系统的效率和稳定性。
双馈异步发电机原理最好的讲解
双馈异步发电机工作原理一、先知道什么是双馈风力发电机双馈发电的意思就是指感应电机的定子、转子同时能发出电能，双馈发电机其转子和定子都最终连于电网，转子与定子都参与励磁，其定子和转子都可以与电网有能量的交换。
二、双馈异步发电机的原理是通过叶轮将风能转变为机械转矩，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机转速后，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，已达到最大利用风能效果。
三、特点1、由于定子直接与电网连接，转子采用变频供电，因此，系统中的变频器容量仅仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机最大转差功率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机容量的1/4-1/3，这样系统的总体配置费用就比较低。
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、如何实现变速恒频。
设双馈发电机的定子转子绕组为对称绕组，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磁场，这个旋转磁场的转速n1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 ,同样在转子三相通入频率为f2的三相对称电流，所产生的旋转磁场速度为n2=60f2/p,改变f2即可改变n2，而且若改变通入转子三相电流相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向，因此若设n1为对应于电网频率为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，则双馈电机定子绕组的感应电势如同在同步发电机一样，其频率将始终维持为f1不变。
双馈发电机的转差率s=(n1-n)/n1 ,则双馈发电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60=p(n1-n)/60=p(n1-n)/n1*n1=pn1/60*(n1-n)/n1=f1*s上式表明：在异步发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入转差频率为f1*s的电流，则在双馈发电机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。
风力发电双馈异步发电机励磁控制变频器综述讲解
风力发电双馈异步发电机励磁控制变频器综述禹华军 上海输配电股份有限公司技术中心1． 变速恒频风电系统结构风力发电机组通常由风力机、传动系统、发电机、偏航系统、变桨距系统和控制系统等部分组成。
风力机的作用是将风能转换为机械能，通过传动系统，由齿轮箱增速，将机械能传递给发电机。
发电机采用绕线式异步发电机，通过交流励磁控制，实现机械能向电能的转换，同时能实现风力机系统的变速恒频控制。
机舱与塔架之间安装有偏航系统，使机舱对准来风的方向。
变桨距系统通常在风速超过额定值时，对风力机转速和输出功率进行控制，保证系统机械和电气安全。
控制系统是风力发电机组的“大脑”，由它自动完成机组的所有工作过程，并提供人机接口和远程监控的接口。
对恒速风机来说，当风速跃升时巨大的风能将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件，在这些部件上产生很大的机械应力。
如果上述过程频繁出现，会引起这些部件的疲劳损坏，因此设计时不得不加大安全系数，从而导致机组重量加大，制造成本增加。
而当风力发电机采取变速运行时，由风速跃升所产生的巨大风能，其中部分被加速旋转的风轮所吸收，并以动能的形式存储于高速运转的风轮中，从而避免主轴以及传动机构承受过大扭矩和机械应力。
当风速下降后，在相关电力电子装置调控下，将高速风轮所存储的动能释放出来并转变为电能送入电网，通过风轮的加速、减速对风能的阶跃性变化起到缓冲作用，使风力机组内部能量传输部件应力变化平稳，防止破坏性机械应力产生，从而使风力机组运行更加平稳和安全。
常用的变速恒频控制方法有：鼠笼型异步发电机变速恒频（包括定子侧串变频器），绕线型异步发电机变速恒频（改变转子外接电阻），同步发电机变速恒频（电磁式与永磁式），双发电机侧变流器抱闸倾斜控制转子齿轮变流控制风力发电机控制系统带滑环的异步发电机线侧变流器图1 风力发电系统结构示意图馈感应异步发电机（Doubly-Fed Induction Generator-DFIG ）变速恒频（包括无刷型），磁场调制型变速恒频，开关磁阻发电机变速恒频等。
双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析
双馈异步和永磁同步风力
发电机特性分析摘要：本文分析了双馈异步和永磁同步风力发电机的工作原理，详细比
AUTOMATION PANORAMA
率，可使定子频率恒定，即应满足：。
为定子电流频率，由于定子与电网相连，所以与电网频率相同；为转子机械频率，，p为电机的极对为转子电流频率。
n<n1（n1是定子旋转磁场的同步转速）时，处于亚同步运行状态，此时变流器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网；
n>n时，处于超同步运行状态，此时发电机同时由定子
统类似，只是所采用的发电机为永磁同步发电机。
式中，—电网频率（H z）；—发电机定子输出频率Hz）； K—功率变换器频率变比。
当转速变化时，发电机定子输出频率也跟随变化，通过功率变换器将定子发出的变频变压的电能转换为与电网频率幅值一致的稳定电能。
图3 DFIG和PMSG发电量比较
结论
（1）从结构分析来看，DFIG和PMSG在技术参数上各有优缺DFIG相比PMSG变流器容量小，易于安装和维护，成本低，发电机结构简单，重量和体积比同步发电机大大减小。
但低电压穿越功能不强，需要在变流器中额外增加模块，现在DFIG的市场认可度较高，但由于其低电压穿越能力不好，所以，如果国家以后出台并网要求相关规定后，市场将倾向于同步风力发电机组。
（2）就技术成熟度来讲，目前国内外DFIG技术成熟，国内大多数兆瓦级风机均采用该机型，而PMSG国内该方面的技术尚处于研发阶段，产业链不完善，基本要依赖进口。
（3）就成本来讲，双馈式风力发电机组比同步风力发电机
AUTOMATION PANORAMA
AUTOMATION PANORAMA。
双馈风力发电机的工作原理
1
1
1
.
.
E′2 、 I ′2 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
.
.
.
U ′2 转子励磁电压经过绕组折算后的值，U ′2/ s 为U ′2 再经过频率折算后
的值
A
R1
X1
R2′ / s
X 2′
.
.
I1
I2
.
U 1
−E1 = −E&2′ X m
.
Im
U& 2′ s
X
图（3-1）双馈发电机的等值电路图
则 P2 < 0 ，转子向电网馈送电磁功率。
下面考虑发电机超同步和亚同步两种运行状态下的功率流向 （1）超同步运行状态，顾名思义，超同步就是转子转速超过电机的同步转速时 的一种运行状态，我们称之为正常发电状态。（因为对于普通的异步电机，当转 子转速超过同步转速时，就会处于发电机状态。）
电网
P1
Pmech
B
u B
iB
b
ua
a
ia
θm
ib
A
ub
iA
ic uc
uA
c
iC uC
C
图（3-9）双馈电机的物理结构图
电压方程 选取下标 s 表示定子侧参数，下标 r 表示转子侧参数。定子各相绕组的电
阻均取值为 rs ，转子各相绕组的电阻均取值为 rr 。 于是，交流励磁发电机定子绕组电压方程为：
u A = −rsiA + Dψ A ； uB = −rsiB + Dψ B ； uC = −rsiC + Dψ C 转子绕组电压方程为：
P2
Pmech
变速恒频双馈异步发电机运行原理讲义
变速恒频双馈风力发电机运行原理张 波风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。
采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。
双馈电机变速恒频（VSCF ）风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制。
它的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。
1 工作原理1.1 双馈电机的VSCF 控制原理VSCF 风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变频器和控制器组成。
双馈发电机可在不同的转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。
当电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节发电机的功率因数。
双馈异步发电机的结构类似绕组感应发电机，其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源（一般采用交-交变频器或交-直-交变频器）供给三相低频电流，图1给出这种系统的原理框图。
当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度（n 2）与转子的机械转速（n ）相叠加，使其等于定子的同步转速（n 1），即21n n n ±=从而在发电机定子绕组中感应出相应与同步转速的工频电压。
由上面转速关系可以推出风力发电机转速与定、转子绕组电流频率的关系，即式中 f 1、f 2、n 和p 分别为定子电流频率、转子电流频率、发电机的转速和极对数。
当风速变化时，转速随之而变化。
由式(1)可知，当转速n 发生变化时，若调节f 221()f sf =±相应变化，可使f 1保持恒定不变，即与电网频率保持一致，实现风力发电机的VSCF 控制。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理双馈异步风力发电机机组是目前常见的大型风力发电机组之一，其变流器是其重要组成部分之一。
本文将从双馈异步风力发电机机组的基本原理、变流器的作用及基本运行原理进行全面阐述。
一、双馈异步风力发电机机组基本原理双馈异步风力发电机机组由双馈异步发电机、变流器、控制系统和发电机基础组成。
其基本原理是运用风能带动叶片转动，带动机组转子旋转产生机械能，通过双馈异步发电机将机械能转化为电能，并通过变流器将发电机产生的交流电转化为直流电，最后将直流电送入电网并通过控制系统实现对发电机的控制。
双馈异步发电机是其核心部件，其转子由两部分组成，一部分是固定在转子上的定子线圈，另一部分是通过刷子环连接到外部电路的转子线圈。
通过这样的设计，可以实现转子侧的双重馈送电，提高了发电机的效率和稳定性。
二、变流器的作用变流器是双馈异步风力发电机机组中至关重要的部件，其作用主要体现在以下几个方面：1.将发电机产生的交流电转化为直流电：双馈异步发电机产生的电能是交流电，而电网所需的电能是直流电，通过变流器可以将交流电转化为直流电，从而满足电网的需求。
2.控制发电机输出电压和频率：变流器可以实现对发电机输出电压和频率的精确控制，保证发电机的输出电能符合电网的要求。
3.实现电机的无级调速控制：通过控制变流器输出的电流和电压，可以实现对发电机的无级调速控制，更好地适应风速的变化，提高发电机的工作效率和稳定性。
三、变流器基本运行原理变流器是由功率电子器件、控制电路和滤波器组成的，其基本运行原理可以概括为以下几个步骤：1.采集电机参数：变流器需要采集发电机的电压、电流、转速等参数，并通过控制系统实时监测和分析，以便实现对发电机的精确控制。
2.实现电能转换：发电机产生的交流电首先经过整流器进行整流，将其转化为直流电；然后通过逆变器将直流电再次转化为交流电，控制其电压、频率和相位，最终输出给电网。
3.控制系统实现闭环控制：控制系统根据发电机的实时参数和外部指令进行分析和处理，通过调节变流器的工作状态，实现对发电机的闭环控制，以达到稳定、高效地发电。
双馈异步发电机
已经检查并重新安装到正确位置的电刷必须 能在刷握里活动自如，电刷不能咔哒喀哒响，如 有响声，取下电刷检查刷握。 检查脏污的滑环组件，尤其是滑环、刷握、 连线、绝缘和刷架，如有必要应进行清洁。 检查电刷压力 如果电刷的压力达不到要求，更换损坏的刷握
5.3 更换电刷 新电刷必须是规定的型号和尺寸 a. 将电刷磨出滑环面的弧度（在电机外预磨)， 以保证电刷与滑环的接触面积。 b. 将电刷装入刷握，检查电刷导向和运动。 c. 用砂纸带包住滑环
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。
6.4 电机振动大 ： a、安装不良。 b、电机转轴弯曲。 c、电机转子平衡不良。 6.5 轴承故障 A、电蚀 现象 ：表面可看见斑点，在显微镜下可观察到斑点 是由细小凹坑簇集而成，继续发展就可导致波纹状表面。 原因：电流流经轴承，就会产生电火花，从而溶融 轨道表面。 解决办法 ： 通过调整接地电刷的压力或采用绝缘轴承避免电流 流动。
尽可能不要磨掉光泽层，光泽层可保证在现有 的运状态下接触良好。运行时滑环的最大径向跳动量 如下： 速度范围（r/min） 允许的经向跳动量（mm）
超过1000
0.05
磨削时要注意滑环最小直径。 初始直径：320mm 最小直径：310mm
注意：当滑环直径小于最小直径时，必须更换滑环！
双馈异步风力发电机工作原理
双馈异步风力发电机工作原理
双馈异步风力发电机是一种常用于大型风力发电机组的变频风力发电机。
它的工作原理基于异步电动机的双馈结构。
该发电机由主发电机和辅助发电机组成。
主发电机采用三相异步电动机构造，由高速轴驱动。
辅助发电机由低速轴驱动。
两个发电机之间通过转子传动部件（通常为液力变矩器）相连接。
当风向风速改变时，风力发电机组需要迅速跟踪变化，并同时提供稳定的输出电力。
双馈异步风力发电机通过调节主发电机电流和辅助发电机电流的相位和幅值来实现这一目标。
当风速低于额定风速时，辅助发电机通过其低速轴产生电势，然后通过转子传动部件和主发电机的电动势连接到电网。
主发电机旋转并与电网同步运行，将产生的电能通过转子传动部件传递给辅助发电机，然后送回电网。
当风速大于额定风速时，主发电机无法提供足够的电能，此时辅助发电机扮演更重要的角色。
主发电机和辅助发电机之间的转子传动部件通过传递转矩将未被主发电机转化为电能的机械能传递给辅助发电机，然后再通过辅助发电机将其转化为电能并送回电网。
通过调节主发电机和辅助发电机之间的相位和幅值，双馈异步风力发电机可以实现对电能输出的灵活控制，提高风力发电机组的响应速度和效率。
《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。
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。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理双馈异步风力发电机机组是目前风力发电领域中应用较为广泛的一种发电机组。
其基本构成包括风机叶片、发电机、变流器等部件。
其中，变流器是整个系统中至关重要的部分，它可以将发电机产生的交流电转换为直流电，并根据系统的需要进行变压和逆变操作，实现最终的电能输送。
下面将详细介绍双馈异步风力发电机机组变流器的基本运行原理。
1. 实现双馈异步发电机的功率控制在双馈异步风力发电机机组中，双馈发电机在转动时由于风速的变化和负载的不同，其输出的电压和频率也会有所变化。
为了保证输出电能的稳定性和可控性，需要通过变流器对发电机输出的电流进行调节和控制。
变流器将发电机产生的交流电转换为直流电，并通过内置的控制系统实现对输出电流的调节和功率的控制，从而满足电网接入的需求。
2. 实现双馈异步发电机的无级变速双馈异步风力发电机机组的另一个特点是可以实现无级变速。
当风速发生变化时，变流器可以通过调节发电机的转速来实现风机的功率匹配，从而最大化系统的发电效率。
变流器通过控制发电机的转矩和速度，使得发电机的输出功率和风机转速保持在一个合适的工作范围内，同时确保整个系统的稳定性和可靠性。
3. 实现双馈异步发电机的无功功率调节双馈异步风力发电机机组在接入电网时，需要满足电网的无功功率调节需求。
变流器可以通过控制发电机的功率因数来实现无功功率的调节，从而维持整个系统的功率平衡和稳定运行。
变流器可以根据电网的要求调节发电机的无功功率输出，使得风力发电机机组可以在不同电网情况下灵活运行，并实现无功功率的补偿。
总的来说，双馈异步风力发电机机组变流器的基本运行原理是通过将发电机输出的交流电转换为直流电，并通过内置的控制系统实现对输出电流、功率、转速和功率因数的调节和控制，从而保证整个系统的稳定运行和高效发电。
变流器在风力发电系统中发挥着至关重要的作用，是风力发电技术不断发展和完善的关键技术之一。
双馈风力发电机
双馈风力发电技术基本概念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。
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。
双馈式风力发电机组具有以下特点：1.技术成熟、质量可靠。
自工业化革命以来，齿轮传动已经成为技术最成熟、最主流的传动方式，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、钟表等工业和生活领域。
风力发电机组工作环境恶劣，对机组可靠性要求很高。
双馈机组采用的大功率大速比齿轮箱技术从20世纪90年代起已经开始应用，其在风电中的故障率已低于电气系统和发电机系统。
叶轮+齿轮箱+发电机的传动链结构简单，各类载荷分配合理，整体质量可靠性高。
2.效率高、性价比优。
该技术有效分配了机械传动系统和发电系统的参数配置，通过高速比齿轮箱提高电机转速，大幅提高发电机效率。
同时该机型仅有占额定功率1/5～1/3的转差功率通过变流器，变流器的能量损失小。
整机效率高、性价比优。
3.可维护性好。
双馈式风力发电机组一般采用叶片+轮毂+齿轮箱+联轴器+发电机的传动结构，这种结构各主要部件相对独立，可以分别进行维护和维修。
现场维修容易，时间响应及时。
4.电能质量好，低电压穿越能力强。
双馈式风力发电机组采用双馈式感应电机和部分功率变流技术，发出的70%以上的电能通过定子输送到电网，产生的谐波小、电能质量好。
同时，该技术具有功率因数可调、有功功率和无功功率控制方便，低电压穿越性能好等特点，可实现电网友好型接入。
双馈异步发电机课件
a.
亚同步发电运行 nr ＜n1时 ， （即 0＜S＜1） f2取正号，如果忽 略各种损耗，则发电 机的能量关系为： P电磁=P机械+P转差 P上网=P电磁 （定子馈电，转子由变 频器提供励磁）
超同步发电运行 nr ＞ n1时， （即 S＞1） f2取负号，如果忽略 各种损耗，则发电机 的能量关系为： P机械=P转差+P电磁 P上网=P转差+P电磁 （定子馈电+转子馈 电） 注：n1为发电机的同步 转速。
变速风力发 电机组
可以方便调 节有功功率 和无功功率 的输出，同 时调节电网 的功率因数。
变速风力发电机组
可以控制励磁调节发 电机的功率因数，使 功率因数达到1。在 相同条件下，同步发 电机的调速范围比异 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。
五、双馈异步发电机YRSFK500L1-4概况
1.
发电机型号的含义
双馈异步发电机
2.
• • • •
结构数据
安装方式：IMB3 发电机安装倾斜角：5° 发电机本体防护等级：IP54 发电机集电环外壳防护等级：IP23 冷却方式：IC616（带空/空冷却器） 平衡等级：G2.5 绝缘等级：F 转动惯量：45kgm2 最大工作转速：2050r/min 最大转速：2400r/min 环境运行温度：－30℃~＋40℃ 环境生存温度：－40℃~＋50℃ 电机总重量：5.8t
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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双馈异步风力发电机(西莫讲堂)
主讲人：Edinburgh
关键词：双馈异步风力发电机
会议摘要：
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。
3. 双馈异步发电机的设计难点：
结构设计难点：因机舱封闭体积，风机运行环境非常恶劣，需要气温-30～55度之间正常运行，希望电机尺寸尽量小，风机对发电机重量有严格要求，部分厂家对转子转动惯量也有要求。
发电机需要高速运行，但振速要小，通常要小于 2.8mm/s。
此外对于水冷的电机入水温度较高，需要考虑维修和维护问题！比如轴承自动加油等！还有就是，整个发电机是倾斜运行的，大概4～5度的倾斜角度，这个在结构设计时候需要考虑～～大家看到发电机的轴承就知道了。
电气设计难点：风机需要效率97%以上，由于转子绕组接变频器，接变频器就会引发谐波电流，会引起铜耗，铁耗等！此外定子转子承受很大冲击电压，提高绕组温升问题是优先考虑，转子电流非常大，上千安培，滑环设计也是难点！电机会有轴电流，需要考虑绝缘问题！同时高空运行需要防雷处理！转子绕
组线规非常大，成型困难！尽量控制转子输出功率尽量小于30%，以缩小变频器的功率。
Q＆A：
如果是电动机运行的话，怎么启动呢，能直接启动吗？需要转子先短路后等达到一定速度后再双馈吗？
一般铭牌上会有低速和高速的数据，一般是在风速3m/s到14m/s运行，低速下面,定子发出电能，转子由变频器交流送电驱动（无功功率），比如1.5MW 的发电机它可能工作速度为300～1800 都有可能，你们看看铭牌就知道了，就是说叶片速度太低，这个系统就不工作的，只有一定风速下，整个系统才会运行，机舱上面有个自动侧风速的风速仪。
我的风力发电是33kw的,也是一个异步发电机,整个结构也和你说的差不多,可是我还真没发现有变频器,它是怎么个原理呢？
对于小功率发电机，没必要加变频器，你想想变
频器价格昂贵。
一般是矢量控制还是直接转矩控制呢？
通常变频器是PWM矢量控制的。
增速箱的速比可以调节吗？
可以的。
齿轮箱的外形结构如下所示：
齿轮箱照片1 齿轮箱照片2
齿轮箱数据参数
不要齿轮箱，那电机转速太低，变频器容量要大了吧？
齿轮箱能免则免，太笨重而且要维护。
不要齿轮箱的话，得用同步机，低速一般只能选择同步机。
但是同步机一般直径很大。
齿轮箱转速比一般是固定的还是运行过程中要调节？
齿轮箱转速比一般是固定的。
设计风力发电机一般按F级绝缘设计吗，好像散热不太好？
按H级设计，散热不好，所以绝缘级别高。
电机在亚同步的时候，转子电流是流入转子的，在超同步后转子发电，电流流出转子，磁场方向是否改变？因为在这个过程中转子电流已经换向了？电流反向期间是否有过零点？
双馈异步电机的有三个运行状态即“亚同步状态（转速小于同步转速时）”、“同步状态”以及“超同步状态”，在电机的运行过程中，从转子电流看，是逐渐增大的趋势，而转子功率有正负变化，越到后面无功功率越来越大。
是电压正负反向吗？
不是这么理解的，功率为正可以认为电机是向外
输送电能，功率为负可以认为变频器向电机输送电能。
4、双馈异步发电机的结构特点：
目前流行的双馈异步发电机，都是采用水冷或者空冷的方式的。
同样是水冷的电机，风力发电机与普通电动机不同的是：风力发电机没带水冷冷却器；而空冷的发电机多了一个很大的冷却器。
另外，水冷发电机的机座是圆柱体的，机座里面焊接了很多水管，空冷发电机是长方体的，上面有个空气冷却器。
同时，水冷电机客户比较担心腐蚀性。
水冷发电机照片
空冷发电机的风扇分为“轴流式”和“离心式”两种，图示为“离心式”。
空冷发电机照片
Q＆A：
水冷电机是如何冷却？水冷电机里的水是循环的吗？是不是冷水从管子里走带走温度？
大家想想风机那么高，怎么送水上去？～～其实水冷电机的水管连接循环水系统送水，全名叫“恒温自循环水装置”，它可以保证送入电机水温恒定。
也就是说，装上的水就不动了，在电机里面循环使用？
送水温度55度左右，机壳整圆圈焊接水管（10mm内径左右）。
55度是不是太高了？
55度是标准环境温度。
电机的平均温升一般是多少？
F级绝缘不超过105K，通常制造按照H级绝缘制造，考核按照F级绝缘考核。
水冷电机要比风冷小吧？从重量和体积上大概能小多少？
水冷电机少了一个冷却器，体积小了一半左右，但是水长期流来流去，容易生锈。
一旦生锈的话，整套的东西就无法工作了。
用不锈钢的机壳不就不会有水锈了么？
不锈钢的机座焊接和加工工艺都比较困难，一方面如果用不锈钢，造价贵，而且不现实而且整套冷却系统里不单单只有电机一样东西，水冷系统用户不是会很放心。
焊接的地方怎么防锈呢？
一般要求工艺上要处理得好，具体怎么焊接的用什么材料焊接的都有讲究，要采用特殊的工艺，白钢焊条等等。
发电机选用的轴承是绝缘轴承，电机是倾斜使用，前后轴承都是采用滚珠轴承，现在绝大厂家采用的是SKF的陶瓷绝缘轴承，其实无刷电机要求高的也用陶瓷绝缘轴承，有些电动机上面也选用绝缘轴承。
为什么要用绝缘轴承？
因为存在轴电压，其实是轴电流～～只要是接变
频器，就会有谐波，只要有谐波，就三相不平衡，谐波大家可以把它想象为“不规则的正旋波”，当产生轴电流的时候，轴承会立即损坏。
两侧都是陶瓷轴承吗？
两侧！电动机只是一侧，而我们发电机是两侧。
为什么电动机是一侧，而发电机是两侧？
发电机两侧都要链接东西电机只是驱动段一侧。
另外，轴承润滑油脂也不一样，因为风机长时间才能维护一次，所以大部分发电机采用自动润滑系统，这个润滑系统是要加电池的，它可以自动补油进去。
在特殊场合选用的电机就需要这种东西，因为有的工况下人不能进去给轴承加油。
自动润滑系统照片
有了这个多长时间维护一次？
一般是一年派人上去维护一次，这个不一定的。
发电机的滑环目前大部分靠进口，因为转子电流非常大，而且每相之间必须绝缘。
滑环照片。