双馈发电机与变频器系统设计资料

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1、1双馈发电机与变频器系统双馈发电机与变频器系统风电事业部技术部付进财2电机基础知识电机分类与组成： ? 概述发电机电动机变压器控制电机就能量转换的功能来看静止电机 （变压器）旋转电机按学科的不同直流电机交流电机根据应用场合的要求和电源的不同电机的分类电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁 力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料 构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能 量转换的目的。3电机基础知识电机材料：? 1）导电材料：构成电机中的电路系统，为了减少损耗，要 求材料的电阻率小，常用的有铜和铝。 ? 2）导磁材料：构成电机中的磁路系统，要求材料

2、具有较高 的导磁率和较底的铁耗系数，常用硅钢片、钢板和铸钢。 ? 3）绝缘材料：作为带电体之间及带电体与铁心间的电气隔 离，要求耐热好，介电性能高。 ? 4）结构材料：使电机各个零件构成一个整体，要求材料的 机械强度好，加工方便，重量轻。4电机基础知识绝缘等级与电机温升：电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级。分A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。在发电机等电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易 受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不 同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规

3、 定其工作的最高温度。5电机基础知识绝缘典型材料：6电机基础知识电机的冷却电机的冷却： 电机的冷却快慢直接决定了电机的寿命和额定容量。电机的冷却快慢直接决定了电机的寿命和额定容量。 1）冷却介质： 空气，氢气，水和油）冷却介质： 空气，氢气，水和油 2）冷却方式： 外部冷却和内部冷却。现代巨型电机均 采用内部冷却方式。）冷却方式： 外部冷却和内部冷却。现代巨型电机均 采用内部冷却方式。7电机基础知识电机的防护电机的防护： 电机的防护方式有开启式、防护式、封闭式和防爆式。电机的防护方式有开启式、防护式、封闭式和防爆式。1）开启式：即电机的定子两端和端盖上都有很大的通分口，散热好 但只能在清洁、干

4、净的环境中使用。）开启式：即电机的定子两端和端盖上都有很大的通分口，散热好 但只能在清洁、干净的环境中使用。 2）防护式：机座下面有通风口，散热好，但不能防止潮气和灰尘， 适于在干燥的环境中使用。）防护式：机座下面有通风口，散热好，但不能防止潮气和灰尘， 适于在干燥的环境中使用。 3）封闭式：完全封闭，适用于任何环境中）封闭式：完全封闭，适用于任何环境中 4）防爆式：在封闭的基础上制成隔爆形式，机壳有足够的强度。适 用与易燃易爆的场合）防爆式：在封闭的基础上制成隔爆形式，机壳有足够的强度。适 用与易燃易爆的场合。8电机基础知识防护等级防护等级： IPxx9电机基础知识防护等级防护等级： IPx

5、x10研究电机时常用的基本定律：研究电机时常用的基本定律：1、全电流定律（安培环路定律）：在磁场中沿任一闭和回路磁场强度的线积分等于穿过该回路所有电流的代数和，即LH 、全电流定律（安培环路定律）：在磁场中沿任一闭和回路磁场强度的线积分等于穿过该回路所有电流的代数和，即LH dl=I其中电流的正方向与闭合回路的正方向满足右手定则。dl=I其中电流的正方向与闭合回路的正方向满足右手定则。2、电磁感应定律：2、电磁感应定律：在我们回顾的所有定律中这将是最重要的一个. 简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。在我们回顾的所有定律中这将是最重要的一个.

6、 简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。电机基础知识11电机基础知识定义：无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链随着时间T变化时， 线圈中将会产生感应电动势e分类：根据原因的不同，感应电动势可分为以下两类：定义：无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链随着时间T变化时， 线圈中将会产生感应电动势e分类：根据原因的不同，感应电动势可分为以下两类： 1）1）切割（运动）电动势：切割（运动）电动势：指线圈不动，跨接在线圈上的导体运动，使 得穿过线圈的磁通随着时间的变化而变化。此时的e叫做切割电动势指线圈不动，跨接在线圈上的导体运动，使 得穿过线圈的磁通随

7、着时间的变化而变化。此时的e叫做切割电动势 e=Blv,方向由右手定则判定,方向由右手定则判定。 2）变压器电动势：变压器电动势：指线圈不变，穿过线圈的磁通发生变化，这样在 线圈内将产生感应电动势，其大小与线圈的匝数和磁通变化率成正比， 方向由楞次定律决定指线圈不变，穿过线圈的磁通发生变化，这样在 线圈内将产生感应电动势，其大小与线圈的匝数和磁通变化率成正比， 方向由楞次定律决定,dtdNdtde=dtdNe=123.电磁力定律： 载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。电磁力定律： 载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。 f=Bil 在旋转电机中，作用在转子载流导体

8、上的电磁力将使转子受到一个力矩， 我们称之为电磁转矩。电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转子受到一个力矩， 我们称之为电磁转矩。电磁转矩是电机实现机电能量转换的重要物理量。 4.右手定则，左手定则、磁感应强度（磁通密度）B、和磁通右手定则，左手定则、磁感应强度（磁通密度）B、和磁通 5.电路定律：电路定律： 1）欧姆定律：）欧姆定律：u=iR 2)基尔霍夫第一定律（电流定律）： i=0 3)基尔霍夫第二定律（电压定律）： 在电路中，对任一回路，沿回路环绕一周，回路内所有电动势的代数和等于 所有电压降的代数和，即：e= u基尔霍夫第一定律（

9、电流定律）： i=0 3)基尔霍夫第二定律（电压定律）： 在电路中，对任一回路，沿回路环绕一周，回路内所有电动势的代数和等于 所有电压降的代数和，即：e= u电机基础知识136.磁路及磁路定律：磁路及磁路定律：无论是静止的电机还是旋转的电机，都必须以电磁场作为其耦合场，换句话说，磁场是 电机必不可缺的工作环境。电流在它周围的空间建立磁场，磁场的分布我们常用一些 闭合线（磁力线）来描述无论是静止的电机还是旋转的电机，都必须以电磁场作为其耦合场，换句话说，磁场是 电机必不可缺的工作环境。电流在它周围的空间建立磁场，磁场的分布我们常用一些 闭合线（磁力线）来描述: 电路：电流流过的路径我们称之为电路

10、。 磁路：磁力线所经过的路径称为磁路。电路：电流流过的路径我们称之为电路。 磁路：磁力线所经过的路径称为磁路。 磁路的材料不同，其导磁性能也不同。 铁磁材料的特点： （磁路的材料不同，其导磁性能也不同。 铁磁材料的特点： （1）磁导率随着外加磁场的变化而发生相应的变化，）磁导率随着外加磁场的变化而发生相应的变化，存在磁饱和现象存在磁饱和现象。 （。 （2）在交变磁场的作用下，存在磁滞和涡流现象，在铁磁物质内产生能量损耗， 即铁耗。）在交变磁场的作用下，存在磁滞和涡流现象，在铁磁物质内产生能量损耗， 即铁耗。电机基础知识14电机基础知识1）磁路的欧姆定律： 考虑到磁路和电路在分析思路上基本一直，

11、 所以我们在分析磁路时，可以将全电流定律 应用到磁路中来。如图所示，截面相等的无分 支闭和磁路上，则有： LH ）磁路的欧姆定律： 考虑到磁路和电路在分析思路上基本一直， 所以我们在分析磁路时，可以将全电流定律 应用到磁路中来。如图所示，截面相等的无分 支闭和磁路上，则有： LH dl=Idl=I =Hl=Ni因为因为 B=H= ,即于是：即磁路中的磁通等于作用在该磁路上的磁动势即于是：即磁路中的磁通等于作用在该磁路上的磁动势F除以磁路的磁阻除以磁路的磁阻Rm或乘以 磁导，这就是磁 路的欧姆定律。或乘以 磁导，这就是磁 路的欧姆定律。ANiAl= m mFRF AlNi=/m152）磁路的基尔

12、霍夫第一定律于是如图所示：）磁路的基尔霍夫第一定律于是如图所示：3）磁路的基尔霍夫第二定律 磁路和电路在这里有所不同， 在磁路中，构成磁路的各个部分 的材料和截面会有所不同，这样 在分析时，我们要将磁路进行分 段，每段有相同的材料和截面， 即）磁路的基尔霍夫第二定律 磁路和电路在这里有所不同， 在磁路中，构成磁路的各个部分 的材料和截面会有所不同，这样 在分析时，我们要将磁路进行分 段，每段有相同的材料和截面， 即B和要相同。则和要相同。则0=0321=+=mRFNiHldlH电机基础知识16电机基础知识磁路和电路的区别：? (a) 电路中可以有电动势而无电流，磁路中有磁动势必有磁通； ? (

13、b) 电路中有电流就有功率损耗，而在恒磁通下，磁路中无损耗； ? (c) 电流只在导体中流过，而磁路中除了主磁通外还必须考虑到 漏磁通的影响； ? (d) 电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而由于铁磁材料构成 的磁路中，磁导率是随着磁密而变化的，所以磁导率不是一个常数。17电机结构： 电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。 定子由定子 铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子 由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴 等部件组成。电机基础知识感应电机定子绕组定子铁芯转子机座鼠笼型转子铁芯转轴转子绕组绕线型定子感应电机定子绕组定子铁芯转子机座鼠笼型

14、转子铁芯转轴转子绕组绕线型定子18电机基础知识? 异步电机基本结构19电机结构-双馈电机双馈电机20电机结构-双馈电机21电机结构-双馈电机某型电机定子铁芯冲片某型电机转子铁芯冲片22电机结构-双馈电机漆包线绕制的散嵌线圈成型线圈23电机基础知识-同步电机同步电机 ? 结构定子-放置三相交流绕组定子-放置三相交流绕组旋转电枢式旋转磁极式旋转电枢式旋转磁极式 转子-放置励磁绕组(主磁极)转子-放置励磁绕组(主磁极)凸极式隐极式定子-放置励磁绕组(主磁极)凸极式隐极式定子-放置励磁绕组(主磁极)转子-放置三相交流绕组 (需三个滑环引出或引入三相电流)转子-放置三相交流绕组 (需三个滑环引出或引入三

15、相电流)24电机基础知识-同步电机同步电机 ? 工作原理 ? 同步转速的概念 ? 励磁方式 定子合成磁场与转子主磁场之间的夹角，称为功率角直流励磁机励磁直流励磁机励磁直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或他励接法。整流器励磁整流器励磁静止式交流整流励磁系统静止式交流整流励磁系统 (解决了换向火花问题) 旋转式交流整流励磁系统旋转式交流整流励磁系统 (简称无刷励磁系统) 永磁体励磁永磁体励磁永磁电机交流励磁永磁电机交流励磁双馈电机双馈电机25电机基础知识-同步电机带副励磁机的励磁系统带副励磁机的励磁系统:26电机基础知识-同步电机静止整流器

16、励磁系统:27电机基础知识-同步电机? 运行方式28异步电机原理： ?异步电机基本原理?转差率?转差率s与电机运行状态的关系29? 定子功率因数特性? 效率特性adFecucupppppPP +=2122电机基础知识-异步电机30变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统类型变速恒频风力发电系统类型：31变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统32变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统双馈发电机与变频器系统：33双馈电机双馈电机双馈发电机的几种形式：34双馈电机什么是双馈电机 ？? VSCF（Variable Speed Constant Frequency，变速恒频） ? 风力发电机运行时电机转速与定、转子绕组电流频率关系的数学表 达式：? 其中 f1：定子电流频率，由于定子与电网相连，所以f1与电网频率相同； n ：风力发电机转速； pn：电机的极对数； f2： 转子电流频率。1260npfn