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风力发电机知识交流,2013年12月,主要内容,一、风力发电机主要类型 二、风力发电机结构特点及工作原理 三、风力发电机维护要点 四、风力发电机常见故障及处理方法,1.笼型异步风力发电机 600/125kW双速风力发电机 750kW风力发电机 800kW风力发机 1MW水冷风力发电机 1.5MW全功率变频风力发电机,一、风力发电机主要类型,一、风力发电机主要类型,2、绕线式双馈风力发电机 1.5MW水冷双馈 1.5MW空空冷双馈 2MW空空冷双馈 3MW水冷双馈 2.5空水冷双馈 3MW水冷双馈 5MW空水冷双馈,一、风力发电机主要类型,3.永磁风力发电机 1.5MW直驱； 2.5MW直驱； 3 MW直驱； 3 MW半直驱整机； 3 MW高速永磁整机； 1.5 MW高速永磁整机； 2.5 MW高速永磁整机。,1、笼型风力发电机结构特点及工作原理 发电机通过变压器直接接入电网。因为笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内，所以通常称之为恒速风力发电机。 异步发电机定子由定子铁心定子、转子、端盖、轴承、风扇等组成。,二、风力发电机结构特点及工作原理,二、风力发电机结构特点及工作原理,1、笼型风力发电机工作原理 定子由定子绕组、定子铁心和机座组成。定子绕组是导电部分，有三相绕组，在空间上彼此相差120电角度，绕组一般是叠绕组，毎相绕组匝数相同，定子可结成三角形或星形。,二、风力发电机结构特点及工作原理,1、笼型风力发电机工作原理 定子铁心是电机的磁路部分，由经过冲制的硅钢片叠成 。 定子绕组嵌在定子铁心槽内，嵌线完成进行浸漆（主要是真空压力浸漆），最后热套在机座内进行联线。,二、风力发电机结构特点及工作原理,1、笼型风力发电机结构特点及工作原理 转子是转子铁心、转子绕组和转轴等组成。转子铁心是电机中的磁路部分，由硅钢片叠成，安装在转轴上。转子绕组采用铜条端环焊接成笼型结构。,二、风力发电机结构特点及工作原理,1、笼型风力发电机结构特点及工作原理 电机定子绕组接通三相电源后，绕组中有电流通过，在定子中产生旋转磁场，由于磁场与转子绕组存在相对运动，在转子绕组内将产生感应电势，此感应电势在闭合的转子绕组中将产生电流。电流在磁场中受磁场力作用，便产生电磁转矩，转子开始旋转。 当转速低于同步转速时，为电动机状态；当转速高于同步转速时，为发电机状态。,二、风力发电机结构特点及工作原理,1、笼型风力发电机结构特点及工作原理 恒速并网运行时，异步发电机需要从电网吸收滞后的无功功率以产生旋转磁场，这恶化了电网的功率因数，易使电网无功容量不足，影响电压的稳定性.为此，一般在发电机组和电网之间配备适当容量的并联补偿电容器组以补偿无功。,二、风力发电机结构特点及工作原理,1、笼型风力发电机结构特点及工作原理 优点：由于笼型异步发电机系统结构简单、成本低且可靠性高，比较适合风力发电这种特殊场合，在风力发电发展的初期，笼型异步发电机得到了广泛的应用。 缺点：因电机转速恒定，不能充分利用风能（风能利用系数不能保持在最大值），风速跃升时，导致主轴、齿轮箱、电机等部件承受极大的机械应力。,二、风力发电机结构特点及工作原理,1、笼型风力发电机结构特点及工作原理 750KW电机参数,二、风力发电机结构特点及工作原理,二、风力发电机结构特点及工作原理,2、双馈风力发电机结构特点及工作原理 双馈风力发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定子和转子都能向电网馈电，故而称为双馈电机。 双馈电机的定子结构与笼型电机定子相同，转子绕组是线圈结构因而与笼型电机略有不同。,二、风力发电机结构特点及工作原理,2、双馈风力发电机结构特点及工作原理 双馈风力发电机的工作原理与一般异步发电机相同，不同的是双馈电机的转子绕组由变频器控制，变频器采用矢量控制，通过调节转子电流频率、幅值、相位、相序以及电压，有功分量、无功分量完全解耦，使定子侧感应出恒压恒频的三相交流电。还可以灵活的控制双馈发电机超前或滞后的无功功率，改善电网的功率因数，稳定电网电压。,二、风力发电机结构特点及工作原理,2、双馈风力发电机结构特点及工作原理 双馈异步风力发电机系统组成如下图所示，图中省略了变压器、滤波器等构件。其中转子通过变频器接入电网，当系统检查到定子电压、频率及相位与电网一致时，定子通过并网开关直接接入电网，转子上装配有编码器。,二、风力发电机结构特点及工作原理,2、双馈风力发电机结构特点及工作原理 转速小于同步转速时，发电机处于亚同步状态，转子通过变频器从电网中吸收功率，定子直接馈送电能给电网。 转速大于同步转速时，发电机处于超同步运行状态，转子通过变频器馈送电能给电网，定子直接馈送电能给电网； 转速等于同步转速时，发电机作为同步电机运行，转子既不从电网吸收有功率也不向电网馈送有功。变频器向转子提供接近于直流的无功励磁电流。,二、风力发电机结构特点及工作原理,2、2、双馈风力发电机结构特点及工作原理 优点：与笼型电机比，能控制无功功率，并通过独立控制转子励磁电流解耦有功功率和无功功率控制；转速可调，使风力机处于最佳状态，机组效率高。与直驱电机比，变流器容量小，电机成本低。 缺点：与笼型电机比，转子结构复杂，并增加了滑环、编码器等结构，电机的滑环碳刷等也需要经常维护。,二、风力发电机结构特点及工作原理,3、永磁风力发电机结构特点及工作原理 永磁风力发电机系统组成如下图所示，发电机定子输出先经整流器变为直流，再经IGBT逆变器逆变成交流电送到电网。与笼型电机和双馈电机相比，永磁风力发电机采用永磁体励磁，消除了励磁损耗，提高了效率，实现了无刷化。,二、风力发电机结构特点及工作原理,3、永磁风力发电机结构特点及工作原理 永磁风力发电机也是由定子和转子两部分组成，定子与普通交流电机相同，由定子铁心和定子绕组组成。转子采用永磁材料，磁极结构多种多样，主要分为以下三种形式：（永济公司为金风设计的3MW半直驱YJ147电机采用嵌入式，改进后为凸装式。）,二、风力发电机结构特点及工作原理,3、永磁风力发电机结构特点及工作原理 外转子永磁风力发电机特点： 外转子直接暴露在空气 中，有利于散热。 磁铁受离心力作用，良好固定，提高高速能力。 转动惯量大，可以有效克服风速波动影响 转子直径大，多极结构易实现，降低成本 转子与风轮更容易集成一体,二、风力发电机结构特点及工作原理,3、永磁风力发电机结构特点及工作原理 优点：采用永磁体励磁，可以提高发电机的效率； 省去了电刷和集电环等易耗机械部件，提高了系 统的可靠性； 采用全功率的交-直-交变频技术，与电网隔离， 具有低电压穿越能力； 缺点：稀土永磁材料成本高，导致整机成本相对较高， 永磁材料在高温、震动和过电流情况下，有可 能永久退磁，变频器容量大，成本高。,三、风力发电机维护要点,1、笼型风力发电机维护要点： 按铭牌要求定期加注润滑脂，清理废油； 按维护手册要求定期检查对中； 检查电动机各部分温升是否正常，尤其是轴承温度； 检查电机振动是否异常。 检查定子接线是否有打火痕迹； 检查紧固件是否松动。,三、风力发电机维护要点,2、双馈风力发电机维护要点： 按铭牌要求定期加注润滑脂或注油器注油，清理废油； 按维护手册要求定期检查对中； 检查电动机各部分温升是否正常，尤其是轴承温度； 检查电机振动是否异常。 检查定子、转子接线是否有打火痕迹； 检查紧固件是否松动。,三、风力发电机维护要点,2、双馈风力发电机维护要点： 检查滑环、接地环、主电刷和接地电刷的磨损状况（更换碳刷时必须磨刷）； 检查注油器是否工作正常； 清理滑环室及碳粉收集器的多余碳粉； 清理冷却器中的尘土。 检查冷却风机是否工作正常或水冷系统是否漏水； 检查转子对地绝缘电阻（绝缘轴承或绝缘端盖）。,三、风力发电机维护要点,3、永磁风力发电机维护要点： 按铭牌要求定期加注润滑脂或注油器注油，清理废油； 按维护手册要求定期检查对中； 检查电动机各部分温升是否正常，尤其是轴承温度； 检查电机振动是否异常。 检查子接线是否有打火痕迹； 检查紧固件是否松动。 检查水冷系统是否漏水。,四、风力发电机常见故障及处理方法,1、笼型风力发电机常见故障： 外风扇断裂 内风扇松动 轴承烧损 电机振动大 定子绕组及引出线烧损,四、风力发电机常见故障及处理方法,外风扇断裂,1、笼型风力发电机常见故障：,四、风力发电机常见故障及处理方法,1、笼型风力发电机常见故障： 外风扇断裂处理方法： 检查轴承是否有异音，因风扇断裂造成电机振动大，动平衡差。 检查大接线盒螺栓是否松动，振动会造成大接线盒松动； 可在现场更换外风扇。,四、风力发电机常见故障及处理方法,内风扇松动,1、笼型风力发电机常见故障：,1、笼型风力发电机常见故障： 内风扇松动处理方法： 注意倾听电机内部声音，确认是否是内风扇松动。 更换内风扇。 此方法可能造成电机振动大，因没有进行动平衡处理。,四、风力发电机常见故障及处理方法,四、风力发电机常见故障及处理方法,1、笼型风力发电机常见故障：,轴承烧损,四、风力发电机常见故障及处理方法,1、笼型风力发电机常见故障： 轴承烧损处理方法： 更换轴承 轴承加热温度不超过120度，且均匀加热，严禁用明火加热（油浴加热或去磁感应加热）；要用拆轴承专用工装进行拆卸（使轴承内圈受力，避免滚珠受力）。,四、风力发电机常见故障及处理方法,1、笼型风力发电机常见故障： 电机振动大处理方法： 定期校验齿轮箱和电机对中情况 检查轴伸端跳动，应小于0.05mm； 检查外风扇； 检查轴承声音。,四、风力发电机常见故障及处理方法,1、笼型风力发电机常见故障： 定子绕组及引出线烧处理方法： 检查三相电阻是否平衡要求小于2%，绕组对地绝缘，要求大于50M。-返回工厂处理 检查外风扇、大接线盒内螺栓的紧固情况； -更换风扇及引出线,四、风力发电机常见故障及处理方法,2、双馈风力发电机常见故障： 故障类型与笼型电机基本相同，增加的故障点有： 滑环、接地环及碳刷烧损； 冷却风机烧 注油器不工作 转子绕组烧,四、风力发电机常见故障及处理方法,2、双馈风力发电机常见故障：,四、风力发电机常见故障及处理方法,2、双馈风力发电机常见故障：,四、风力发电机常见故障及处理方法,2、双馈风力发电机常见故障：,四、风力发电机常见故障及处理方法,永磁风力发电机常见故障： 故障类型与双馈、笼型电机基本相同，主要是绕组、轴承问题，增加的故障点主要是磁钢失磁，但目前国内还未出现此类典型性故障。,