无刷双馈发电机

包头轻工职业技术学院

毕业论文 论文题目：无刷双馈发电机

班

级： 学

号：_________________________ 作

者：_________________________ 专 业 名 称：_________________________ 2011 年 4 月 8 日

石振国 机电一体化（风力发电）

09063512 机电093049班

论文题目：

作者：_________________________

指 导 教 师： 单位： 单位： 论文提交日期： 2011 年 4 月 8 日

巩 真 包头轻工职业技术学院

无刷双馈发电机石振国 马宏革 包头轻工职业技术学院

摘要

风能是目前世界上最具发展潜力的新能源,世界发达国家都在深入研究和积极开发。随着计算机与自动控制技术的飞速发展，风力发电技术的发展极为迅速，其单机容量从最初的数十千瓦级发展到最近进入市场的兆瓦级机组;控制方式从基本的定桨距失速型控制向变桨距控制直到最新的变速控制发展。目前的研究重点是采用双馈异步发电机的并网运行变速风力发电机组控制技术。

本文围无刷双核发电机这个主题，进行了以下几方面的研究工作。

首先，利用我们研究所在磁场调制式无刷双馈电机的多年研究成果，研制并测试两台无刷双馈发电机。对测试过程中双馈运行的分析，表明了双馈控制策略和控制系统的重要性。

其次，借鉴各种交流调速方法，研究电机双馈发电运行的模型和控制手段，采用自控式调频，提出了绕线转子双馈发电机的矢量控制策略。

在此基础上，研究了无刷双馈发电机的模型和控制策略。

最后，针对风速的多变性，根据风力机的动力特性，利用状态估计方法，提出了一种变速风力发电机直接速度控制模型。

关键词:无刷双馈电机,结构特点，同步运行，异步运行

目录

引言 (1)

1无刷双馈电机的研制 (2)

1.1无刷双馈电机的结构特点和运行方式 (2)

1.1.1结构特点 (2)

1.1.2运行方式 (4)

2无刷双馈电机的运行性能 (5)

2.1异步运行性能 (5)

2.2同步运行性能 (5)

2.3双馈运行性能 (5)

2.4测试线路 (6)

3双馈发电运行的基本原理及特点 (9)

3.1、电子变流技术的发展概况 (9)

3.1.1功率器件 (9)

3.1.2控制方法 (10)

3.2双馈发电运行的分析 (11)

3.2.1双馈运行 (12)

结论 (14)

参考文献 (15)

致谢 (16)

引言

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。

随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球风力发电能力翻了一番，2006年至2007年间，全球风能发电装机容量扩大27%。2007年已有9万兆瓦这一数字到2010年将是16万兆瓦。预计未来20-25年内，世界风能市场每年将递增25%。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

本文主要围绕变速恒频风力发电系统的技术进行改进及问题的一些概述。

1无刷双馈电机的研制

双馈式变速恒频方式目前已在兆瓦级变速恒频风电机组上采用。但是所采用的都是有刷结构双馈电机。滑环和电刷需要定期维护，这就降低了机组的可靠性。无刷化是双馈电机的一个研究重点。

双馈电机的无刷化有两种方式，一是采用双定子结构，两定子绕组分别用做发电机主绕组和控制绕组:绕线转子机械上同轴联结，两转子绕组同步旋转可直接相联而不用滑环和电刷。这种电机设计和制造技术比较成熟，但是体积较大、成本较高。另一种无刷方式是采用单电机的无刷双馈电机，将主绕组和控$慨组都放在电机定子上，不需要对转子绕组进行控制因而不需要滑环和电刷。其优点显而易见，从电机本身实现了无刷化，与双电机相比，体积小成本低。然而该种电机设计理论比较复杂，技术上不成熟，需要进一步的研究与开发。

1.1无刷双馈电机的结构特点和运行方式

1.1.1结构特点

无刷双馈电机的定子铁心无异于常规交流电机的定子铃",然而，无刷双馈电机的定子绕组却与传统交流电机有较大的不同，因为在该种电机的定子上同时存在不同极数的主、副绕组。

当绕组供电频率一定时，电机的极数决定了电机的转速，因此可根据对电机转速的要求合理地选择主、副绕组的极数。

当定子主、副绕组的极数分别选择为2p和2q时，无论采用笼型或磁阻式转子结构，电机转子的极对数一般选为:pr=q+p,这时的无刷双馈电机等效于一台(2P十2q)极的交流电机。当双馈运行时，电机转速与主、副绕组电流频率和电机极数之间的关系为

(1-1)

若主副绕组电流同相序时，上式分子中取正号，称为超同步运行;若主、副绕组电流反相序时，上式分子中取负号，称为亚同步运行。当f

=0时

2

(1-2)

称为该电机的同步速。

如：设计一台工频50Hz、同步速为750r/min的无刷双馈电机，可选择主、副绕组的极数分别为:2p=6, 2q=2.

从电机的工作原理上看，2p极和2q极绕组皆可作为主绕组，但通常情况下一般选择极数多的绕组作为主绕组(直接与工频电网相连)，以承担电机的大部分功率。少极数的绕组用于承担励磁功率。因此，一般取2p>2q。

此外,为了避免共存于同一电机中的两个不同极数的磁场产生不对称磁拉力和电磁噪声，还要求:p-q≥2，因此，一般认为(2p+2q)=6极是该种电机所能选择的最少极数。在满足此条件的前提下，为了实现主、副绕组的良好藕合，一般多选择近极数配合。

图 1.1 无刷双馈电机的双绕组结构示意图

当采用双绕组方案时，为避免三次谐波磁场在绕组中产生环流，多采用Y 接法，如图1.1所示。

转子是磁阻式结构，采用带磁隔离层的磁障转子，目的在于增大交轴磁阻。该转子并不能为2极磁动势提供通路，是一个纯粹的4极转子。其制造工艺比较复杂。