双馈异步发电机的所有资料

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。在这种情况下，异步电机发出的有功功率向电网输送；同时又消 耗电网的无功功率作励磁作用，并供应定子和转子漏磁所消耗的无功 功率，因此异步发电机并网发电时，一般要求加无功补偿装置，通常 用并列电容器补偿的方式。 2、并联电容器自励发电：并联电容器的连接方式分为星形和三角形 两种。励磁电容的接入在发电机利用本身的剩磁发电的过程中，发电 机周期性地向电容器充电；同时，电容器也周期性地通过异步电机的 定子绕组放电。这种电容器与绕组组成的交替进行充放电的过程，不 断地起到励磁的作用，从而使发电机正常发电。励磁电容分为主励磁 电容和辅助励磁电容，主励磁电容是保证空载情况下建立电压所需要 的电容，辅助电容则是为了保证接入负载后电压的恒定，防止电压崩 溃而设的。现在常用的风力发电机组一般分准恒速风力发电机组和变速恒 频风力发电机组，变速恒频风力发电机组比较先进。各自分的类型很 多的，准恒速最多的是失速型风力机+升速齿轮箱+笼型异步发电机， 在目前国内目前已安装容量中占的比例也最大。变速恒频目前最普遍 的是变桨风力机+升速齿轮箱+双馈异步发电机，或者去掉齿轮箱加 个电力电子变换器，或者权衡一下。 桨矩调节控制大风段风力机吸收的功率和转速，低风速段可以调节发 电机的电磁转矩来控制转速，但失速型风机只能靠齿轮箱了。目的是 使风力机吸收的功率最大化。理论上说n=60f/p , n是发电机转速，f是频率，我国是50, p是极 对数，对于电机， p 一定，转速也就定了。电机的分类0 引言 从广义上讲,电机是电能的变换装置,包括旋转电机和静止电机。旋 转电机是根据电磁感应原理实现电能与机械能之间相互转换的一种 能量转换装置；静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电 压变化的一种电磁装置,也称其为变压器。 这里我们主要讨论旋转电机,旋转电机的种类很多,在现代工业领域 中应用极其广泛，可以说，有电能应用的场合都会有旋转电机的身影。 与内燃机和蒸汽机相比，旋转电机的运行效率要高的多；并且电能比 其它能源传输更方便、费用更廉价，此外电能还具有清洁无污、容易 控制等特点，所以在实际生活中和工程实践中，旋转电机的应用日益 广泛。不同的电机有不同的应用场合，随着电机制造技术的不断发展和对电 机工作原理研究的不断深入，目前还出现了许多新型的电机，例如， 美国EAD公司研制的无槽无刷直流电动机，日本SERVO公司研制 的小功率混合式步进电机，我国自行研制适用于工业机床和电动自行 车上的大力矩低转速电机等。1 旋转电机分类 在旋转电机中，由于发电机是电能的生产机器，所以和电动机相比， 它的种类要少的多；而电动机是工业中的应用机器，所以和发电机相 比，人们对电动机的研究要多的多，对其分类也要详细的多。实际上， 我们通常所说的旋转电机都是狭义的，也就是电动机 俗称“马 达”。众所周知，电动机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随 着现代科学技术的发展，电动机在实际应用中的重点已经开始从过去 简单的传动向复杂的控制转移；尤其是对电动机的速度、位置、转矩 的精确控制。由此可见，对于一个电气工程技术人员来说，熟悉各种电机的类型及 其性能是很重要的一件事情。通常人们根据旋转电机的用途进行基本 分类。下面我们就从控制电动机开始，逐步介绍电机中最有代表性、 最常用、最基本的电动机 控制电动机和功率电动机以及信号电机。2 控制电动机2.1 伺服电动机 伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为 电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。伺服电动机有直流和交流之分；最早的伺服电动机是一般的直流电动 机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。 目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁 多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。旋转电机的分类，直流伺服电动机在机械特性上能够很好的满足控制 系统的要求，但是由于换向器的存在，存在许多的不足：换向器与电 刷之间易产生火花，干扰驱动器工作，不能应用在有可燃气体的场合； 电刷和换向器存在摩擦，会产生较大的死区；结构复杂，维护比较困 难。交流伺服电动机本质上是一种两相异步电动机，其控制方法主要有三 种：幅值控制、相位控制和幅相控制。一般地，伺服电动机要求电动机的转速要受所加电压信号的控制；转 速能够随着所加电压信号的变化而连续变化；电动机的反映要快、体 积要小、控制功率要小。伺服电动机主要应用在各种运动控制系统中， 尤其是随动系统。2.2 步进电动机所谓步进电动机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构；更通俗 一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设 定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制 电机的角位移量，从而达到精确定位的目的；同时还可以通过控制脉 冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。目 前，比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机（VR）、永磁式步 进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）和单相式步进电动机等。 步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是 这个特点，步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电 动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制 的直流伺服电动机；所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。由 于步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点，所以步进电 动机广泛应用在生产实践的各个领域；尤其是在数控机床制造领域， 由于步进电动机不需要 A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成 为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如 作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应 用在打印机和绘图仪中。此外，步进电动机也存在许多缺陷；由于步进电机存在空载启动频率， 所以步进电机可以低速正常运转，但若高于一定速度时就无法启动， 并伴有尖锐的啸叫声；不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，细 分数越大精度越难控制；并且，步进电机低速转动时有较大的振动和 噪声。2.3 力矩电动机 所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多 的槽数、换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动和转速脉动。力矩 电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。其中，直流力矩电动机的自感电抗很小，所以响应性很好；其输出力 矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关；它可以在接近堵转 状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速，所以在负载的轴上 能产生很高的力矩对惯性比，并能消除由于使用减速齿轮而产生的系 统误差。交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种，目前常用的是鼠笼型异 步力矩电动机，它具有低转速和大力矩的特点。一般地，在纺织工业 中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的 相同，但是由于鼠笼型转子的电阻较大，所以其机械特性较软。2.4 开关磁阻电动机 开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，结构极其简单且坚固，成本 低，调速性能优异，是传统控制电动机强有力竞争者，具有强大的市 场潜力。2.5 无刷直流电动机无刷直流电机（BLDCM）是在有刷直流电动机的基础上发展来的，但它的驱动电流是不折不扣的交流；无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种 是梯形波（一般是 “方波”），另一种是正弦波。有时候把前一种叫直 流无刷电机，后一种叫交流伺服电机，确切地讲是交流伺服电动机的 一种。无刷直流电机为了减少转动惯量，通常采用“细长”的结构。无刷直流 电机在重量和体积上要比有刷直流电机小的多，相应的转动惯量可以 减少 40%50%左右。由于永磁材料的加工问题，致使无刷直流电 机一般的容量都在100kW以下。这种电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长， 维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动 机在控制系统中有很大的应用潜力。3 功率电动机3.1 直流电动机直流电动机是出现最早的电动机，大约在19世纪末，其大致可分为 有换向器和无换向器两大类。直流电动机有较好的控制特性直流电动 机在结构、价格、维护方面都不如交流电动机，但是由于交流电动机 的调速控制问题一直未得到很好的解决方案，而直流电动机具有调速 性能好、起动容易、能够载重起动等优点，所以目前直流电动机的应 用仍然很广泛，尤其在可控硅直流电源出现以后。3.2 异步电动机异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生 电磁转矩而实现能量转换的一种交流电机。异步电动机一般为系列产 品，品种规格繁多，其在所有的电动机中应用最为广泛，需量最大； 目前，在电力传动中大约有 90%的机械使用交流异步电动机，所以， 其用电量约占总电力负荷的一半以上。异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质 量较小，成本较低等优点。并且，异步电机有较高的运行效率和较好 的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农 业生产机械的传动要求。异步电动机主要广泛应用于驱动机床、水泵、 鼓风机、压缩机、起重卷扬设备、矿山机械、轻工机械、农副产品加 工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。 在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机，其 中三相异步电动机是异步电动机的主体。而单相异步电动机一般用于 三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器 中应用比较多，例如电扇、电冰箱、空调、吸尘器等。3.3 同步电动机 所谓同步电动机就是在交流电的驱动下，转子与定子的旋转磁场同步 运行的电动机。同步电动机的定子和异步电动机的完全一样；但其转 子有“凸极式”和“隐极式”两种。凸极式转子的同步电动机结构简单、 制造方便，但是机械强度较低，适用于低速运行场合；隐极式同步电 动机制造工艺复杂，但机械强度高，适用于高速运行场合。 同步电动机的工作特性与所有的电动机一样， 同步电动机也具有“可 逆行”，即它能按发电机方式运行，也可以按电动机方式运行。同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机、水泵、球磨机、压缩机、 轧钢机以及小型、微型仪器设备或者充当控制元件；其中三相同步电 动机是其主体。此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者 电容性无功功率。4 信号电机4.1 位置信号电机 目前，最有代表性的位置信号电机：旋转变压器、感应同步器和自整 角机。旋转变压器本质上是可以随意改变一次绕组和二次绕组耦合程度的 变压器。其结构和绕线式异步电动机相同，定子和转子各有两组相互 垂直的分布绕组，转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。当一次绕 组励磁以后，二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦、余弦、线性 或者其他函数关系，可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算，还 可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。感应同步器是一种高精度的位置或角度检测元件，有圆盘式和直线式 两种。圆盘式感应同步器用来测量转角位置；而直线式感应同步器用 来测量线位移。自整角机是一种感应式机电元件，被广泛地应用于随动系统中，作为 角度传输、变换和指示的装置。在控制系统中经常两台或者多台联合 使用，使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角 变化，或者同步旋转。4.2 速度信号电机最有代表性的速度信号电机是测速发电机，其实质上是一种将转速变 换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。从工作原理上 讲，它属于“发电机”的范畴。测速发电机在控制系统中主要作为阻尼 元件、微分元件、积分元件和测速元件来使用。测速发电机有直流和交流之分；而直流测速发电机又有他励和永磁之 分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小， 作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于一个上 限。而交流测速发电机又有同步和异步之分；同步测速发电机包括： 永磁式、感应式和脉冲式；异步测速发电机应用最广泛的是杯型转子 异步测速发电机。为了提高测速发电机的精确度和可靠性，目前，直流测速发电机出现 了无刷结构的霍尔效应直流测速发电机。因为这种霍尔效应无刷直流 测速发电机是一种无齿槽、无绕组的电机，所以它不会产生由于齿槽 而存在的“齿槽谐波电势”，这种电机结构简单，便于小型化。5 结论 一般地，在一个完整的自动控制系统中，信号电机、功率电动机和控 制电动机都会有自己的用武之地。通常控制电动机是很“精确”的电动 机，在控制系统中充当“核心执行装置”；而功率电动机是比较“强壮” 的大功率电动机，常用来拖动现场的机器设备；信号电机则在控制系 统中担任“通讯员”的角色，本质上就是“电机传感器”。当然，并不是所有的自动控制系统中都具备这三种电机，在一般的自 动化领域，例如运动控制和过程控制，尤其是在运动控制中，控制电 动机是必不可少的“核心器件”，所以控制电动机在自动化领域中的地 位是举足轻重的，这也是人们对控制电动机研究最多的原因之一。实际上，随着电机制造技术的不断发展和相互融合，各种旋转电机的 性能都逐渐“交叉化”和“特殊化”。对各种旋转电机进行极其详细地分 类是不可能的，因为许多新型旋转电机都是许多电机工作原理和许多 电机制造技术高度统一的有机体。因此，对于非电机专业的一般电气 工程技术人员来讲，能够从整体结构上把握各种旋转电机的特性和用 途就可以了。同步发电机同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生 这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给 方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从 发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。一、发电机获得励磁电流的几种方式1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的 直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与 发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从 励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可 靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方 式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量 大，故在 10MW 以上的机组中很少采用。2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励 磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流 电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励 磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流 副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒 压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用 100200HZ 的 中 频 发 电 机 ， 而 交 流 副 励 磁 机 则 采 用 400500HZ 的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交 流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因 此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单， 制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。3、无励磁机的励磁方式： 在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源， 经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励 磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出 口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种 励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复 励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率 电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大 的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种 励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的 电流源。二、发电机与励磁电流的有关特性1、电压的调节 自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系 统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流 不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足 用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一 要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。2、无功功率的调节： 发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运 行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时 发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行 时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时 改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送 入系统的无功功率。3、无功负荷的分配： 并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分 配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少 的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节 的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机 电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的 合理分配。三、自动调节励磁电流的方法 在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为 该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励 磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有 改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变 可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据 发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导 通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管， 可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体 积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和 实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大 单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量 信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后 将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控 制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的 作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源 同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的 发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统 的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定 性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而 设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单 元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备 自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁 变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380V、厂用DC220V 控制电源厂用DC220V合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机. 自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号， 发电机机端电压100V,发电机机端电流5A,母线电压100V,励磁 装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。 励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关 偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组 成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把 转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时 间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可 分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电 机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面， 也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机 用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制 和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励 磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前采用的励磁方式分为两大 类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一 类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。 现说明如下：1 直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或 者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副 励磁机的同轴的直流发电机供给。如图15.5 所示。2 静止整流器励磁 同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流 主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电 源提供，待电压建立起来后再转为自励（有时采用永磁发电机）。副励 磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励 磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发 电机的励磁绕组。（见图 15.6）3 旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才 能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达 到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中， 常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图 15.7 所示。 主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主 轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。 交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整 流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又 称为无刷励磁系统1 基本方程式、等值电路和矢量图 变速恒频双馈发电机结构上与绕线型感应电 动机相似其定、转子上均为三相对称绕组，磁路、 电路对称，且具有均匀的气隙分布假定 a-忽略 定、转子电流高次谐波和定、转子空间磁势高次谐 波分量；b.忽略电机铁心磁滞、涡流损耗及磁路 饱和的影响；c转子励磁电源能提供满足要求的 转子电流，不计其电阻和损耗；d.电机定子接于 无穷大电网.当原动机拖动电机转子以速度 旋转，而转子绕组中施以转差频率feSfl的三相对称电源 时，转子电流产生的基波旋转磁势 相对于转子 以转差速度 = 旋转（ =60fl 为电机同步 转速）.相对于定子以同步速度旋转.该磁势与定 子三相电流产生的定子基波磁势 相对静止，在 气隙中形成合成磁势 .根据电磁感应定律，该 合成磁势 在气隙中产生的合成磁场 将在 定、转子绕组中分别感应电势芷 和芷。.双馈异步发电机知识介绍永济介绍双馈异步发电机在风电中的优势 双馈异步发电机的原理与结构发电机的维护重点常见的故障的排除 重点一、双馈发电机在风力发电中的优劣风力发电机技术从最初的小 功率同步发电机进化到上世纪八十年代的大型风机采用的定速型鼠 笼发电机。用升速齿轮箱的定速鼠笼发电机属于异步发电技术。优点 是结构简单维保方便价格便宜并网容易采用齿轮箱提高风轮机的转 速配合体轻价廉的高速鼠笼发电机经济合理具有很高的性价比。但它 的缺点还是很明显的定速型风机在不同的风速下难以获得合适的尖 速比导致捕获风能的效率降低其次齿轮箱在风况和环境变化中承受 变荷冲击、悬殊温差工况严酷维护保养成本高发电机效率不高转差功 率无法利用转差率稍高就严重热同时必须从电网中吸收励磁功率功 率因数低。目前先进的风力发电机产品中的典型技术方案不外乎变速 双馈异步风力发电机和无齿轮箱变速永磁同步风力发电机两种二者 各有优劣。变速双馈风力发电机的变频器功率约为机组功率的四分之 一机组的总价格较低但是存在着齿轮箱其维护保养费用远远大于无 齿轮箱变速永磁同步风力发电机。永磁直驱永磁机组方案与双馈电机 成本差别主要在于直驱机组采用了直驱永磁电机全功率变流器的设 计方案而双馈电机有齿轮箱驱动方案采用的是双馈电机4象限变流器 电网过滤离合器齿轮箱主轴扭矩限制器和滑环。交流励磁变速恒频风 力发电机发电系统结构图如下所示其中省略了变压器、滤波器等构 件。其中定子接入电网转子绕组由频率、相位、幅值都可以调节的三 相低频交流励磁电流二、双馈风力发电机工作原理当发电机转速小于 定子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同时由定子和转子发出电能 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。三、主要结构3.1 定子机座为焊接结构内部 铁芯叠压后由轴向扣片拉紧定子线圈为3相成型线圈嵌线后整体真空 压力浸漆绝缘等级H三相绕组由电缆线引固定在机座上的大接线盒 内。3.2 转子转子为绕线式转子铁心采用压力安装在轴上转子绕组为 波形绕组绕组K、L、M端头通过轴孔引出与非传动端滑环连接轴接 地采用接地电刷电刷装在滑环室并有电刷磨损报警单元编码器安装 于轴的非传动端。3.3 加热器电机装配有4个加热器。接线在辅助接 线盒中引出线、电压以及接线位置请参考YJ93A电机用户手册中的接 线图和尺寸表。3.4 端盖、轴承端盖采用铸造结构轴承采用两个绝缘 深沟球轴承。3.5 冷却和通风发电机采用机壳水内冷却。电机内部风 扇使空气循环流动把热量传到电机机壳机壳中循环的冷却水将热量 带走滑环室内部空气自然流动热量传递给滑环室再经过顶部装的水 冷机构进行冷却。3.6 滑环室滑环室装在电机外部的非传动端防护等 级IP23滑环装在轴上刷架系统装配于滑环室内然后固定在非传动端 端盖上用传感器监控主电刷和轴接地电刷磨损外接信号电缆固定于 辅助接线盒内。3.7 接线盒大接线盒位于电机传动端顶部从右侧出线 从传动端看。3.8 电器连接电机定子、转子三相绕组由外接电缆引出 固定于接线盒内四、日常维护电机所必需的维护。包括轴承维护包括 润滑、滑环和电刷维护、清洁电机和附件。4.1为保证其使用寿命轴 承要求定期润滑。润滑脂轴承脂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。加油部位传动端润滑点1100g。非传动 端润滑点2100g。加油周期自动注油系统P22344036972每经过3500h 向每个润滑点加油100g。若采用手动注油时按照每3500h分别向润 滑点1、2各加注100g。注意不能超过指定的润滑脂量否则电机会因漏 油而故障要求的装置带G1/2锥形润滑头的润滑油枪。 2个再润滑嘴 G1/2加油顺序电机运转时将一定数量的新润滑油脂相同等级压 入。从集油器中排除废油。4.2电刷维护检查周期运行后一周然后 每隔6个月电机静止时检查电刷状态逐个取下并检查电刷。 1正常运行 状态下的电刷摩擦面光洁。 2检查电刷的同时要检查滑环状态。 3更换 所有损坏和磨损的而不能正常运行的电刷用同一型号的新电刷代 替。检查电刷高度1以书面形式记录下电刷的磨损量此值用于比较。 密切注意电刷磨耗和剩余高度新电刷高度的1/3。 2如果电刷已达到或 接近达到此磨损值更换1个同一型号的新电刷。 3如果电刷监控系统反 馈请更换所有电刷。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。 4.3 更换电刷新电刷必须是规定的型号和尺寸将 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触面 积。将电刷装入刷握检查电刷导向和运动。用砂纸带包住滑环纸带 宽度滑环宽度两端余量约200mm.按电机旋转的方向将电刷按组排列 预磨按电机旋转方向拉纸带。为加快预磨速度开始用粗纤维大砂粒 的砂纸来粗磨然后用细砂纸进行精磨。粗磨两个方向都可以磨精磨只 能按上述3项分步来做。电刷接触面不得少于80。磨完之后用软布仔 细擦净刷面。用刷子小心刷掉磨掉的碎屑。用手指触摸电刷以确认 没有异物。完成磨校之后仔细清除电刷刷件滑环和滑环组件表面碳 粉。4.4检查刷握检查周期6个月检查刷握是否紧固并检查刷架盒的 内表面。检查底边和滑环面之间的距离2.00.5mm。检查压杆看其是 否正常起作用。4.5滑环维护检查周期6个月滑环是电接触面正常运 行时会留下电刷的刷痕滑环的表面质量反映出电刷的运行特性。电 机静止时目测滑环面。如果滑环的径向跳动超差要求重新磨滑环要 求Rzl0表面粗糙度。注意在运行时间约500小时之后会出现小刷痕小 刷痕不会影响到滑环的安全功能。如果表面有烧结点大面积烧伤或烧 痕滑环径向跳动超差必须重磨滑环。如果出现小污点需按旋转方向 来重磨滑环。此磨具必须与滑环的实际弯曲面一致。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 10000.05 磨削时要注意滑环最小直径。初始直径320mm /最小直径 310m m注意当滑环直径小于最小直径时必须更换滑环五、故障诊断与 处置5.1温度传感器读数不正常一般原因是温度传感器引出线的接线 螺栓松动或接线接反。 5.2三相电压或电流不平衡一般原因是主接线 盒内的连接螺栓个别没有紧固或导线接触面不干净。 5.3绝缘击穿应 从以下两个方面分析处理a、电机发生异常情况短时电压过高。b、绝 缘电阻低原因为线圈不洁、过热、过潮、环境温度过低、绝缘老化等。 5.4电机振动大应从以下三个方面分析处理。a、安装不良。b、电机 转轴弯曲。c、电机转子平衡不良。5.5轴承故障主要表现在以下几个 方面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 凹坑簇集而成进一步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。b、剥离现象轨滚道表面被剥离表面 发生剥离后非常粗糙。原因辗压疲劳。剥离常常是因为过载而过早发 生而过载是由不正确操作导致轴和轴承座精度太低安装误差异物侵 入或生锈等引起。解决办法找出载荷过重的原因。检查工作环境并 且尽量采用承载能力大的轴承。增加润滑油的粘度和改善润滑系统 以形成润滑油膜。减小安装误差。c、变色现象轨道表面变色。原因 过热导致变色变质的润滑油在表面沉积。解决办法:涂一层有机溶 剂后可以除去润滑油中的沉积。用砂纸打磨都不能除去的粗糙面就 是生锈或是腐蚀如果能完全除去那就是过热导致的回火变色。d、崩 蚀现象崩蚀是因轴承粘住而发生装配崩蚀造成的痕迹沿轴向此外崩 蚀还可发生在滚子端面以及引导挡边在回转方向上轨道表面以及滚 动接触表面的划痕。形成原因装配和移动过程损坏径向负荷太大以致 接触表面无法形成持续油膜或异物侵入预压力太、大滚动体产生滑动 或润滑条件差。解决办法改进装配工艺。改进工作条件。正确预 压。选择适当的润滑剂和润滑系统。改善密封效果。e、摩擦损伤和 摩擦侵蚀现象摩擦表面生锈有红色和微粒部分形成凹陷。在轨道表面 被作为摩擦腐蚀的凹坑相对滚动体是等距离形成的。形成原因振动 载荷施加在接触的部件上就会产生较小振幅的震荡润滑剂会被挤出 接触面而且各部分蠕动量很大。轴承的振动角度很小。润滑条件不 好甚至无润滑。脉动载荷。运动过程中的振动。振动轴安装偏斜安 装误差大配合太松。解决办法a.内圈与外圈应该独立包装好再运输如 果不能分开轴承应该施加预压。b.当轴承用在振动场合中时应使用粘 度较大的润滑脂。c.换润滑剂。d.调整轴与轴承孔。e.改善配合。f、 刮痕现象表面粗糙并且有细小微粒粘着。原因滚动体在滚动中产生滑 动而润滑剂性能太差不能避免滑动。解决办法选择最佳润滑油和润 滑系统使之能够形成完整的油膜。使用附带加压装置的润滑剂。采 取诸如选择较小径向游隙和预压的方式以避免滑动。g、生锈和腐蚀 现象轴承内、外圈和滚动体表面生锈。有时候滚动体生锈位置是等间 距的。原因轴承浸水或腐蚀性物质如酸性物质或空气中的水分凝结到 轴承上。包装、存储条件太差或是徒手搬运。解决办法改善密封效 果。定期检查润滑油。小心搬运轴承。当轴承很长时间不工作时就 要考虑防锈。h、缺损和破裂现象轴承内、外圈以及滚动体部分破损。 原因较大固体异物侵入冲击或过大载荷不适当的搬运方式。解决办法 a.排除故障矫正冲击载荷或过大载荷。b.改善搬运条件。c.改善密圭寸条 件。