异步风力发电机的特点及制造运行情况

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欢迎访问e展厅 展厅 2 中小型发电机展厅 柴油发电机组, 汽油发电机, 燃气发电机组, 移动电站, ... 并网型风力发电机组中发电机是非常重要的组件之一。由于同步发电机的电枢绕组与三相电网连接，励磁绕组与直流电源连接，结构较为复杂；而异步发电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需要与其它电源连接，具有结构简单，制造，使用和维护方便，运行可靠。质量较小，成本较低等优点，因此国内外风力发电机组基本都选用异步发电机。 风力发电机运行环境、使用条件有自己独特的一面，因此专用的风力发电机与普通的异步电机的性能要求大不相同： 第一，一般异步发电机多处于宽敞的空间运行，散热条件较好；而风力发电机位于室外高空较小且封闭的机舱内工作，通风条件较差，机舱内积聚的热量不易较快而通畅地散发出来。太阳直晒机舱，使机舱空气温度升高，使电机工作环境变得恶劣，虽然电机采用强制风冷却，但只能靠发电机的外壳散热，因此风力发电机的散热条件比通常情况下使用的异步发电机条件要差得多，这就要求风力发电机具有耐较高温度的绝缘等级，一般风力发电机选用F级的绝缘材料。 第二，由于风速具有不可控性，定桨叶失速调节的风力发电机组多数时间运行于额定功率以下，发电机经常在半载或轻载下运行，为保证发电机在额定功率以下运行时具有较高的效率，改善发电机的性能，一方面尽量使风力发电机的效率曲线比较平缓（见图1），使发电机在部分负荷下运行时同样具有较高的效率，但是发电机的效率曲线一般在20%左右的额定负荷下下降较大，因此，另一方面异步风力发电机较多采用变极电机结构，发电机出力在大发电机额定功率的20%左右切换到小发电机运行，改善20%额定负荷下发电机的运行效率。这样不仅增大了风机年发电量，而且效率的提高意味着降低了发电机的损耗，有效地减少了发电机过热问题。 第三，由于风速是时刻变化的，有时瞬时变化在5m/s以上，发电机的输出功率也随之变化波动，而且幅值较大。而普通电机经常处于额定或相对稳定的状态下运行，所以专用的风力发电机在设计时对发电机的过热，过载能力以及机械结构等方面大不同于普通的异步电机，其过载能力及时间远大于普通的异步发电机，同时其导线要有足够的载流量，过流能力，以免出现引出线熔断事故。 第四，风力发电机组有较强的振动，一方面风机正常运行时始终要找主风向，经常偏航，机舱本身就是活动的部件，另一方面，在风压的作用下，机舱有可能会朝各个方向摆动，叶轮也会产生振动，这都会导致发电机的振动。因此要求风力发电机的定子绕组及其引线一定要比普通的异步发电机绑扎的更加结实，牢固。这同时也是考虑到受风况的影响，风力发电机投入和切出比较频繁，对发电机的冲击次数较多，只有电机线圈及引线绑扎牢固，才能保证其足够的动稳定度。 第五，异步发电机本身不能提供激磁电流，必须从电网吸取无功励磁功率以建立磁场，使电网的功率因数变坏。所以风力发电机都自备电容补偿器供给发电机的无功功率。为了减少电容补偿器的容量，降低风力发电机组电控设备的造价，体积，应努力提高风力发电机的功率因数cosφ。 第六，异步发电机正常运行时的转速高于电网同步转速（nS=60f/p），其输出功率的大小与转子滑差大小有关。适当增大发电机的额定滑差可减小输出功率的波动幅度，但是增大滑差会增加发电机的损耗，降低电机效率。同时发电机的转速（滑差）还受电机温度的影响。考虑以上多方面因素制定合适的滑差。另外，风力发电机转子的飞逸转速应为额定转速的1.8~~2倍，而一般异步电机的飞逸转速仅为额定转速的1.2倍，这主要是考虑到风力发电机甩负荷的机率很高，甩负荷后电机的转速上升很快，依靠转速保护使风机停机，如果超速保护故障，可能会损坏转子导体，而转子被封闭的外壳罩住，不易观察，风力发电机重新投入运行可能使电机损坏恶化，难以修复。因此，风力发电机转子的飞逸转速为1.8~~2倍的额定转速。 综合考虑以上多方面的因素，风力发电机在结构及性能优化上与普通异步发电机区别如下： 采用双速电机结构，改善轻载时风力发电机的性能，提高效率；定、转子硅钢片的性能比普通的异步电机的硅钢片性能提高1~~2个等级；定子线圈具有较高的槽满率，一般为70%以上；电机绕组端部要特殊捆绑固定，使其非常牢靠；考虑风力发电机的短时过载及频率起动，适当放大绕组到电机接线端子的引线容量；适当选择绕组导体的数目，尽量有较高的效率η及较高的功率因数cosφ；转子绕组采用铜材浇铸以减小转子损耗，提高发电机的效率；外壳的外形有利于散热，采用铸造型式的带有散热翅的外壳或采用焊接型式的带有散热管的外壳；与机舱底板连接时使用柔性连接，减轻发电机的振动；在发电机轴伸端加设安全离合器，防止发电机飞车；在机舱设通风道或通风罩，有利于电机的散热。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/10/2005)