风力发电机基本结构和原理

双馈电机工作原理
电网 电网频率 f1 同步转速 1 n1= 60f p 转子转速 n = n1(1-s) (1-s)Pem 机械功率 转差功率 sPem 电网频率 f1 同步转速 Pem 变压器 1 n1= 60f p 转子转速 n双馈电机 = n1(1-s) (1-s)Pem 转子频率 f2 = sf1 机械功率 变频器 转差功率 sPem 控制信号 电网 电网频率 f1 同步转速 Pem 变压器 1 n1= 60f p 转子转速 双馈电机 n = n1(1-s) 转子频率 (1+s)Pem f2 = sf 1 机械功率 变频器转差功率 sPem 控制信号 电网 电网频率 f1 同步转速 Pem 变压器 1 n1= 60f p 转子转速 n双馈电机 = n1(1-s) (1+s)Pem 转子频率 f2 = sf1 机械功率 变频器 转差功率 sPem 控制信号 Pem 变压器 双馈电机 转子频率 f2 = sf1 变频器 控制信号 电网
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保定电力职业技术学院李明星
异步电动机和异步发电机比较
异步电动机：0<n<n1， 1>s>0，电磁转矩为驱动 性质，电机从电网输入电 功率，从轴上输出机械功 率。
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异步发电机：n>n1， s<0，电磁转矩为制动 性质，电机从轴上输入 机械功率，向电网输出 电功率。
以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。
同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机 一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励
磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励电机比同步
电机多了两个可调量。通过改变励磁频率，可改变发电机的转速，达到调速的目 的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用 转子的动能，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。
V A Hz
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
同步：转子转速n与旋 转磁场转速n1相同。
p源自文库 f Hz 60
原理：导体切割磁力 线感应电动势。
若要保证频率恒定，则同步 发电机转速需恒定。
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三相定子绕组在空间上对称分布。转子励磁绕组通入直流电流，建 立按正弦分布的气隙磁场。原动机驱动发电机转子旋转。定子绕组 依次切割磁力线感应出对称三相正弦电动势，电动势频率与转速、 磁极对数严格成正比。接通负载，发电机便把由转轴上获得的机械 能转化成从定子绕组向外输出的三相交流电能。
“异步”、“感应”
转子转速n始终与磁场转速n1存在差异。如果n=n1，则 转子绕组中不再感应电流，也就没有电磁转矩产生， 异步电机无法实现能量的转换则不能正常工作。
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转差率s
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电磁力定律（磁、电生力）
电磁力定律：通电的导体在磁场中受到力的作用，电 磁力的大小与磁通密度B、导体长度L、电流I的乘积成 正比，即F=BIL。电磁力的方向用左手定则判定。 左手定则：伸出左手，拇指与四指垂直，让磁力线穿 入手心、四指的方向指向电流的方向，则拇指的指向 就是电磁力的方向。
第二节 双馈发电机结构
双馈发电机结构及原理
第一节 双馈发电机概述

直流发电机。 同步发电机。 异步发电机。

双馈发电机：属于异步发电机的一种。
我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、
转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是 由于其具有独立的励磁绕组，可以象同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所
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三相旋转磁场
产生：三相对称绕组通入三相交流电流产生一个旋转 磁场。（磁场大小不变、中心位置在作圆周运动） 旋转方向：从超前相绕组的轴线转向滞后相绕组的轴 线。（从A相转向B相） 转速：转速n1与电流频率成正比、与绕组的磁极对数 60 f 成反比。即 n1 p 磁场瞬时位置：当某相电流达到最大时，磁场的中心 线转到该绕组的轴线上。
异步电动机的工作原理
异步电动机定子绕组接通三相交流电源。 三相对称绕组通入三相对称交流电流产生旋转磁场。
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转子侧物理状况
转子绕组切割磁感线产生感应电动势，由于转子绕组是自闭合 的回路，因此绕组内形成感应电流。载流的转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用，形成一个与磁场方向相同的电磁转矩，驱 动转子绕轴旋转。
电机用途及分类
电机：进行机、电能量转换的电磁耦合装置。 分类：
电机
变压器
旋转电机 直流电机 交流电机 同步电机 异步电机
电机可逆原理。
同步发电机原理结构—模型图
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小型同步发电机的基本结构

定子：定子铁芯，定子绕组，机座 转子：转子铁芯，转子绕组，轴，集电环 电刷

其它
同步发电机工作原理总结
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第五节 双馈异步电机基本原理
定子侧频率为f1。（50Hz，或记为f）。 转子侧频率为f2。f2=sf1。 即：转子转速越接近磁场转速，转子绕组交链的磁通 变化速度越小，频率就越低。
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pCu2=sPem 理解与启示
“异步”的原因是由于 转子绕组上消耗了电磁 功率中的一部分。 电磁功率Pem基本不变 时，若改变pCu2，则转 差率s改变，即电机转速 n改变。 若通过转子绕组输出或 输入电功率PZ，异步电 机的工作状态将发生改 变。 一般来说，该控制方式下 运行时， PZ远大于转子 本身铜损耗pCu2，所以 近似分析时可以忽略 pCu2 ，而把PZ称为转差 功率：PZ=sPem。
发电机组均是采用此种控制策略。
发电机基本原理
电磁感应定律。（导体切割磁感线产生电动势）
电磁三大定律
安培环路定律。（动电生磁原理）。 电磁感应定律。（动磁生电原理）。 电磁力定律。（磁、电生力原理）。
安培环路定律（动电生磁）
定性、定量阐述了磁场与电流的 本质关系。 右手螺旋定则：通电的导体产生 磁场。磁场方向可用右手螺旋定 则判定。 情形一：直导线通入电流。右手握住 导线，拇指指向电流方向，则四 指环绕的方向就是磁感线方向。 情形二：螺旋线管通入电流。右手握 住螺线管，四指指向电流方向， 则拇指指向就是螺线管内部的磁 感线方向。即拇指指向螺线管的N 极。
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保定电力职业技术学院李明星
异步发电机工作原理
如果原动机驱动转子，使转子转速n超过磁场转速n1，即n>n1， 则转子绕组中感应电动势和感应电流的方向改变，定子绕组有 功电流方向也改变。电磁转矩与转子转向相反为制动性质，原 动机克服电磁转矩做功，电机定子绕组向电网输出电能。
定子铁芯和 冲片
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定子绕组
异步电动机定子绕组接电源；异步发电机定子绕组接电网。
绕线式异步电机转子

转子绕组特点：绕线式异步电机转子绕组与定子绕组一样，按三相交流绕 组规律嵌放在转子铁芯槽内。三相绕组的尾端一般在内部星接，首端通过 滑环、电刷引到接线端子上。从而可以和外部装置进行连接。

电磁感应定律（动磁生电）
一个线圈，不管什么原因，只要与它相交链的磁通量 发生变化，则线圈两端产生电动势。感应电动势的大 小与线圈匝数成正比、与磁通的变化率成正比。感应 电动势的方向用“楞次定律”判定，即感应电动势的 方向总是试图阻止磁通的变化。 d 即： e N
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另一种表达形式：切割磁感线的导体感应出电动势。
改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有 一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机 的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功 功率，还可以调节有功功率。 交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电 流。但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，该控制策略可以实现机 组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力
绕组的作用
导体边，线匝，线圈，线圈组，绕组。 绕组的作用：绕组通入电流产生磁场（励磁）；绕组 交链的磁通变化产生感应电动势（发电）。
最简单的定子铁心
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最简单的三相绕组
三相定子绕组在空间 上对称分布,互差 120°电角度。
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绕组接线
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交流绕组与旋转磁场理论
绕组通入直流电产生静止的磁场。 单相绕组通入单相交流电产生脉振磁场：磁场的大小和方向随 着电流的变化而变化，但磁场的位置不变（磁场对称中心线的 位置不变）。 三相绕组通入三相交流电产生一个旋转磁场。
电磁感应定律（动磁生电）
电磁感应定律：切割磁感线的导体感应出电动势，感 应电动势的大小与磁通密度B、导体长度L、相对运动 速度v的乘积成正比，即E=BLv。感应电动势的方向用 右手定则判定。 右手定则：伸出右手，拇指与四指垂直，让磁力线穿 入手心、拇指的方向指向导体相对运动方向，则四指 的指向就是感应电动势的方向。
低于同步转速的电动机状态
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高于同步转速的电动机状态
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双馈电机工作原理
电网 电网频率 f1 (1+s)Pem 电网频率 f1
电网 (1+s)Pem
电网频率 f1
电网 (1-s)Pf em 电网频率 1
电网 (1-s)Pem Pem 变压器 双馈电机 转子频率 f2 = sf1 变频器 控制信号
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第四节 异步发电机基本结构
异步电机概述

异步：转子的转速n与旋转磁场的转速n1不相同。 异步电机又称感应电机。 根据用途可分为：异步电动机，异步发电机。
异步电机基本结构
定子：定子铁芯，定子绕组，机座 转子：转子铁芯，转子绕组，转轴 根据转子绕组结构的不同又分为鼠笼式异步电机和绕 线式异步电机。
第三节 双馈发电机原理简介
设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，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的磁场，这个旋转磁场的转速1 n 称为同步 转速，它与电网频率f 及电机的极对数p 的关系如下：
同样在转子三相对称绕组上通入频率为f2 的三相对称电流，所产生旋 转磁场相对于转子本身的旋转速度为：
永济YJ93A发电机参数
工作制： 连续 相数： 三相 额定功率： 1520 额定转速： 1800 转速范围： 1000-2000 中心高： 500 额定功率下的效率：96.5% 额定功率因数： 1 定子绕组连接方式：三角形 定子电压： 690 定子额定电流： 1064 定子额定频率： 50
KW r/min r/min mm
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电生磁， 磁生电， 转子受力 跟着转。
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定子绕组接交流电源，三相对称绕组流过三相对称交流电流产 生旋转磁场。 转子绕组切割磁感线产生感应电动势，由于转子绕组是自闭合 的回路，因此绕组内形成感应电流。 载流的转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，形成一个与磁场 方向相同的电磁转矩，驱动转子绕轴旋转。 电动机轴上联结机械负载，则异步电动机定子绕组从电网吸收 电能，转换成从轴上输出的机械能。