知识贴：双馈发电机的基本概念 、原理和结构

双馈发电机是结合了异步发电机和同步发电机的优点而发展起来的一种新型发电机。具有良好的调速性能、有功和无功功率独立可调、改善电网功率因数、提高系统的稳定性以及相对较小的励磁容量等优点。可广泛应用于风力以及抽水蓄能等新型可再生能源发电系统中。

双馈风力发电机具有如下优点：

1. 双馈风力发电机定子的输出功率是恒频恒压的交流电，可直接并网；转子的转差功率经过变换后也可以与并入电网。

2. 双馈风力发电机仅需对转子功率进行变频控制，而转子功率一般为总功率的20%以内，即需要整流逆变容量非常小，变频损耗小，变频器成本低，控制系统体积小。

3. 双馈风力发电机在变速运转时发出的电高频谐波含量低，风能利用充分；而同步风力发电机发出的电在整流逆变过程中会产生高频谐波电流流入电网，使电网的品质变坏，而风能利用相对要差一些。

4. 双馈风力发电机的转速受转子上所接变频器控制，在风速较高时不会造成发电机飞车，因此该类发电机的可靠性较高；而同步风力发电机的转速受外界风速决定，当风速较高时会造成发电机飞车，因此该类发电机的可靠性较差。

另一方面，双馈风力发电机也具有如下缺点：

1. 转子需要采用双向变频器，变速恒频控制回路多，控制技术复杂，成本昂贵。

2. 转子绕组接双向变频器，控制系统采用SPWM或IGBT，变速运行范围只能控制在同步转速的±35%以内。

3. 发电机需要安装滑环系统，必须定期维护、检修和更换。

4. 控制回路会在转轴上感应产生一定程度的轴向电压，必须对轴承部份进行绝缘处理或采用绝缘轴承，而如陶瓷滚子轴承等绝缘轴承成本昂贵。

三相双馈风力发电机从电机结构上与三相绕线式异步电动机相似，发电机主要运行在较大转差的三相交流励磁发电机状态下，其励磁方式主要是跟踪发电机转速变换情况，在电力电子器件的控制下，随着变换交流励磁电流的频率进行交流励磁，保证发电机定子产生的电能在频率上与工频50Hz一致，电能电压可以在一定的范围内可控可调，从而调节双馈发电机的运行工况，并入电网向电网输送符合质量标准的交流电能。转子的转差功率则通过电力电子器件的变换成为工频50Hz电能向电网输送。双馈风力发电机系统原理图如图1所示。

图1 双馈风力发电系统原理图

双馈风力发电机的基本结构如图2所示：

图2 双馈风力发电机基本结构图

如图2所示，发电机主要由定子、转子、滑环、接线盒、编码器、润滑系统等组成，具体结构如下：

1．发电机为箱式结构，卧式安装。主体采用空-水冷却形式，内部空冷，外部水冷。

2. 定子机座为箱式结构，采用钢板焊接而成。定子铁心采用内压装结构，直接将片叠入机座，然后将定子压圈与机座辐板焊牢。

3. 定子采用开口槽，定子线圈采用成形线圈，双层叠绕，F级绝缘。定子铁心和线圈进行2次VPI真空压力整体浸漆。

4. 转子采用闭口平底槽，转子线圈采用优质铜母排，双层波绕，H级绝缘。因发电机堵转电压为1924V，并且考虑到转子外接变频器，且为旋转部件，因此转子对地绝缘按3000V级考虑。转子铁心与转子绕组同样采用VPI真空压力整体浸漆。

5. 转轴采用“光轴”结构，即转子片直接套在转轴上。轴采用耐低温合金锻钢，以便于满足风力发电机能在-50℃～+50℃范围内正常运行。

6．因飞逸转速最高为2650r/min，因此转子引出铜条及电缆的固定是一道难题，引出铜条的固定在上下左右都要定位，防止其位移。电缆采用平衡环固定，另外每根电缆至少再用两个线夹固定，避免电机运行时电缆有移位或甩动的现象。无纬带的厚度也相应增强，转子线圈端部加钢带箍2圈。

7．设计要求轴承理论寿命为150,000小时，经计算并保留余量的情况下，选取两端均为FAG深沟球轴承；同时，为防止转子调频时引起的轴电流，前后轴承均采用陶瓷滚子轴承，且转轴接地。

8. 发电机安装有自动加脂设备和手动加脂接口，可实现在一定周期内自动加注油脂，有效减少维护工作。尾端安装有光电编码器，用于监控发电机运行过程中的机械转速和旋转方向。

9. 发电机机座下部两侧设计有防潮加热器，以便停机时防潮使用。定子绕组每相3只，共9只Pt100测温元件，轴承每端2只，共4只Pt100测温元件，以便监控发电机运行时的绕组和轴承温度。且定子每相设计有1只高压温度开关，以便于绕组温度过高时可以自动切断。所有元件均引至专门的辅助接线盒内，并有相应标记。

10. 定、转子接线盒内各安装3根铜母线，发电机定子采用母排引出至定子接线盒内，转子采用电缆引出至转子接线盒内。且定、转子接线盒内均安装有避雷器，以避免因雷击产生的电涌对发电机造成损坏。

9．计算满载定子绕组温升76K，转子绕组温升88K。

风力发电机一般安装在户外，在结构设计过程中，充分考虑发电机运行环境的极端恶劣。冰冻不至于影响设备运行，腐蚀盐雾等对发电机结构不会产生危害。同时还对结构部件进行了大量的静、动态计算，疲劳强度校核，冲击、波动载荷计算，使发电机整体结构安全可靠。

（编自《电气技术》，原文标题为“2MW双馈发电机的研制和开发”，作者为吴世展。）

什么是双馈电机

双馈电机也叫交流励磁电机，有发电机也有电动机，双馈发电机叫做交流励磁发电机，双馈电动机叫做交流励磁电动机。

1、定义：双馈电机本身是绕线转子感应电机或专门设计的无刷电机，是一种新型交流电机，兼容异步电机与同步电机的优点。双馈电机具有两个独立的多相绕组，它们为能量转换过程提供有功（即工作）功率，其中至少一个绕组组以电子方式控制以进行变速操作。双馈电动机是具有有效恒定转矩速度范围的机器，对于给定的励磁频率，该速度范围是同步速度的两倍。这是单馈电机的恒转矩速度范围的两倍，单馈电机只有一个有源绕组组。双馈电机允许使用更小的电子转换器，但转子绕组和滑环的成本可能会抵消电力电子元件的节省。控制速度接近同步限速应用的困难。

2、运行方式：a、运行于变速恒频方式；b、运行于无功大范围调节的方式；c、运行于发电-电动方式。

3、励磁方式：他励

4、特点：双馈电机的定子接50 Hz工频电网，转子接自动调节频率的交流电源。随着交流励磁自动控制系统对转子励磁电流的频率、幅值大小和相位的调节，双馈电机在电动工况或发电工况下运行，转速都可以调节变化，而定子输出电压和频率可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。

5、优点：a、没有电刷、滑环等部件，工作可靠；b、结构简单坚固，制造工艺方便；

6、缺点：噪音较大，交流电势的谐波分量也较大

相关问答

风电直驱和双馈优缺点?

风电直驱和双馈都是风力发电系统中的两种常见类型,各有其优缺点。风电直驱的优点包括:1.可靠性高:由于没有齿轮箱等中间环节,直驱机组更加可靠,减少了故障...

双馈电机转子侧pi控制原理?

双馈电机转子侧PI控制原理是通过测量转子电流和速度来实现转子侧的控制。PI控制器对电流误差和速度误差进行积分和比例运算,生成控制信号,调节转子侧的电流,从...

串级调速和双馈调速优缺点?

串级调速⑴效率高;⑵调速平滑即无级调速;⑶调速范围宽;⑷调速产生的负面影响(如谐波、功率因数等)小;⑸成本低廉。双馈调速双馈电动机调速控制系统是...

双馈发电机与绕线式电机的区别是什么?两者的相似性有多大?

[最佳回答]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。...

为什么改变外加励磁电压就可以控制双馈功率?

调节发动机的励磁,就调节了发动机内部的磁场(强度),同时调节了发动机的输出功率。发动机的端电压的变化,是因为输出功率的变化引起的。由于双馈电动机包含...

风力发电中双馈型异步发电机应该怎样配置保护?

风力发电机组的保护及监控设备由风力发电机组配套提供。风力发电机组正常采用集中监控方式,由中控室运行人员通过风力发电机组计算机监控系统的人机接口,对风...

跪求双馈变速恒频风力发电机风功率曲线(1.5MW~2MW的机组)!...

[最佳回答]我推荐西莫电机论坛风力发电机模块求助吧

hdz是什么牌子?

HDZElectronicsCo成立于2007年,位于加拿大卑诗省维多利亚,公司致力于太阳能发电电源、风力发电直驱和双馈变流器、电机控制特种电源及军事设备特种电源的...

同步电动机和异步电动机有什么不同?-盖德问答-化工人互助问答...

三相交流电在定子绕组中会产生旋转的磁场。异步电机的转子速度和这个磁场速度不同步,而同步电机的转子旋转速度和磁场是严格同步的,这就是他们得名...

yzr起重电机内部结构?

YZR系列电机转子是绕线式转子。绕组由定子和转子两个基本部分组成。定子是电动机的固定部分,用于产生旋转磁场,主要由定子铁芯、定子绕组和基座等部件组成。1...