金风1.5兆瓦机组发电机介绍 主讲：郭建主讲：郭建同步发电机的基本工作原理和结构 同步发电机的转子上绕有励磁绕组，通以直流电同步发电机的转子上绕有励磁绕组，通以直流电励磁，产生磁场，并由原动机带动旋转，使定子励磁，产生磁场，并由原动机带动旋转，使定子三相对称绕组不断切割转子磁场而感应出三相交三相对称绕组不断切割转子磁场而感应出三相交流电动势。流电动势。 同步发电机的基本工作原理和结构 （1）波形：由于感应电动势的波形主要取决于转）波形：由于感应电动势的波形主要取决于转子磁场在气隙空间分布的波形，制造时使转子磁子磁场在气隙空间分布的波形，制造时使转子磁极的磁场在气隙空间尽可能按正弦波分布，三相极的磁场在气隙空间尽可能按正弦波分布，三相绕组的绕组的Y形连接和采用短距、分布绕组，便得到正形连接和采用短距、分布绕组，便得到正弦波形的感应电动势；弦波形的感应电动势；同步发电机的基本工作原理和结构 （2）大小：由于定子三相绕组对称，它们切割同）大小：由于定子三相绕组对称，它们切割同一个转子磁场，三相感应电动势也对称，大小均一个转子磁场，三相感应电动势也对称，大小均为为 同步发电机的基本工作原理和结构（3）相位差和相序：由于定子绕组在空间位置上）相位差和相序：由于定子绕组在空间位置上互差互差1200电角度，转子旋转磁场切割定子三相绕电角度，转子旋转磁场切割定子三相绕组在时间上有先后顺序，定子的三相感应电动势组在时间上有先后顺序，定子的三相感应电动势在时间相位上就互差在时间相位上就互差1200电角度，如果将先切割电角度，如果将先切割的一相定义为的一相定义为A相，则后切割的那两相就为相，则后切割的那两相就为B相和相和C相，因此三相电动势的相序与转子转向一致，相，因此三相电动势的相序与转子转向一致，其由转子转向决定；其由转子转向决定；同步发电机的基本工作原理和结构（4）频率：转子转过一对磁极，感应电动势就经）频率：转子转过一对磁极，感应电动势就经历一个周期的变化，若电机有历一个周期的变化，若电机有p对磁极，转子以每对磁极，转子以每分钟分钟n转旋转，则每分钟内电动势变化转旋转，则每分钟内电动势变化pn个周期，个周期，即频率为：即频率为：也就是当电机的磁极对数也就是当电机的磁极对数p 一定时，频率一定时，频率f和转速和转速n有严格不变的关系。有严格不变的关系。同步发电机的定子和异步电机的定子相同，即在同步发电机的定子和异步电机的定子相同，即在定子铁心内圆均匀分布的槽内嵌放三相对称绕组，定子铁心内圆均匀分布的槽内嵌放三相对称绕组，同步发电机的定子又称电枢，转子主要由磁极铁同步发电机的定子又称电枢，转子主要由磁极铁心与励磁绕组组成。当励磁绕组通以直流电流后，心与励磁绕组组成。当励磁绕组通以直流电流后，转子即建立恒定磁场。作为发电机，当原动机拖转子即建立恒定磁场。作为发电机，当原动机拖动转子旋转时，其磁场切割定子绕组而产生交流动转子旋转时，其磁场切割定子绕组而产生交流电动势，该电动势的频率为。如果同步发电机接电动势，该电动势的频率为。如果同步发电机接上负载，将有三相电流流过，同步发电机把机械上负载，将有三相电流流过，同步发电机把机械能转换成了电能。能转换成了电能。图1-1 同步发电机工作原理图按运行方式可以分为：发电机、电动机和调相机按运行方式可以分为：发电机、电动机和调相机按结构型式分为：旋转电枢式和旋转磁极式按结构型式分为：旋转电枢式和旋转磁极式 凸极式凸极式旋转磁极式旋转磁极式 隐极式隐极式按原动机类别来分：汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电按原动机类别来分：汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机机基本结构：定子和转子基本结构：定子和转子定子由定子铁心、定子绕组、机座、端盖、挡风装置等部定子由定子铁心、定子绕组、机座、端盖、挡风装置等部件件转子由转子铁心、励磁绕组、护环、中心环、滑环及风扇转子由转子铁心、励磁绕组、护环、中心环、滑环及风扇等部件组成。等部件组成。同步发电机的励磁方式 -有以下几种、直流励磁机励磁、直流励磁机励磁、静止半导体励磁、旋转半导体励磁同步发电机的额定值、额定容量、额定容量 或或 额定功率额定功率 指输出的额定视在功率或有功功率。单位：指输出的额定视在功率或有功功率。单位： 或或 。、额定电压、额定电压指电机在额定运行时的三相定子绕组的线电压，单位指电机在额定运行时的三相定子绕组的线电压，单位 。、额定电流、额定电流指电机在额定运行时的三相定子绕组的线电流，单位指电机在额定运行时的三相定子绕组的线电流，单位 、额定频率、额定频率、额定功率因数、额定功率因数同步风力发电机 把同步发电机应用到风力发电上，基本的有两种机械联接方式，把同步发电机应用到风力发电上，基本的有两种机械联接方式，一种是仍通过变速齿轮箱，做成高速同步发电机；另一种是取消一种是仍通过变速齿轮箱，做成高速同步发电机；另一种是取消变速齿轮箱，把风轮轴与发电机直联，并把发电机做成低速同步变速齿轮箱，把风轮轴与发电机直联，并把发电机做成低速同步发电机，这种发电机直径很大，但轴向长度很短，像个大饼。无发电机，这种发电机直径很大，但轴向长度很短，像个大饼。无论采用哪种机械联接方式，若发电机定子出线端直接接人工频电论采用哪种机械联接方式，若发电机定子出线端直接接人工频电网，则系统需要单独一套稳速装量；另一方面，同步发电机的并网，则系统需要单独一套稳速装量；另一方面，同步发电机的并网也不像感应发电机那样简单，需要一整套并网措施。当然也可网也不像感应发电机那样简单，需要一整套并网措施。当然也可以采用同步发电机通过静止变流器向电网输送恒压恒功率的电能。以采用同步发电机通过静止变流器向电网输送恒压恒功率的电能。从能量转化角度出发，根据有关资料分析认为，由从可变的轴转从能量转化角度出发，根据有关资料分析认为，由从可变的轴转速风轮机驱动的笼型感应发电机获得并转化的能量比从以恒定转速风轮机驱动的笼型感应发电机获得并转化的能量比从以恒定转速驱动的同步发电机获得并转化的能量大约多速驱动的同步发电机获得并转化的能量大约多20%。这里需要指出的是，采用电力电子变流变频设备连接发电机和电这里需要指出的是，采用电力电子变流变频设备连接发电机和电网时，要注意电力电子变流变频器产生的谐波对电网的污染，这网时，要注意电力电子变流变频器产生的谐波对电网的污染，这种污染有时是十分严重的。在国内的风电场运行监测中，曾一度种污染有时是十分严重的。在国内的风电场运行监测中，曾一度监测到高频谐波，且峰值很高，不得不引起运行、设计人员的注监测到高频谐波，且峰值很高，不得不引起运行、设计人员的注意。意。金风1.5兆瓦风力发电机 金风科技金风科技1.5兆瓦机组所用发电机为六相兆瓦机组所用发电机为六相88极永磁极永磁同步发电机，额定功率同步发电机，额定功率1580KW发电机。由外方发电机。由外方设计，六相由互差设计，六相由互差30度电角度的两套三相绕组组度电角度的两套三相绕组组成，根据外方说明可以消除成，根据外方说明可以消除5，7次谐波。（从电次谐波。（从电机控制的角度，两套绕组对称是比较好的设计。）机控制的角度，两套绕组对称是比较好的设计。）定子电压定子电压: 690 V；额定转速；额定转速: 17.3 rpm;极对数极对数: p=44；冷却方式；冷却方式: 被动风冷；防护等级被动风冷；防护等级: IP 23；绝缘等级绝缘等级: F；预弯浸漆绕组；定子尺寸；预弯浸漆绕组；定子尺寸: D 5 m, L 1.5 m。金风1.5兆瓦风力发电机输出电压应为考虑了系统运行要求的结果。这个输出电压应为考虑了系统运行要求的结果。这个电压属于低电压，对电气绝缘等要求低，可以降电压属于低电压，对电气绝缘等要求低，可以降低其他部分的成本。根据这个输出电压和输出功低其他部分的成本。根据这个输出电压和输出功率，可以计算得到输出电流为：率，可以计算得到输出电流为：基本与基本与660A一致。一致。金风1.5兆瓦风力发电机额定工作频率则根据额定工作转速和极对数计算额定工作频率则根据额定工作转速和极对数计算得到得到功率因数则根据系统需要设计成功率因数则根据系统需要设计成1。实际电机的功。实际电机的功率因数不可能为率因数不可能为1，但在增加了无功补偿电容后，但在增加了无功补偿电容后，在额定负载情况下其功率因数基本为在额定负载情况下其功率因数基本为1。金风1.5兆瓦风力发电机 发电机转子结构件总成 性能简介：旋转运动部件，内部安装磁钢。定子铁芯线圈性能简介：旋转运动部件，内部安装磁钢。定子铁芯线圈静止，通过叶片旋转带动其运动，切割磁力线产生电流。静止，通过叶片旋转带动其运动，切割磁力线产生电流。 磁钢 性能简介：粘贴在转子磁轭内部，产生磁场。铁芯线圈装配总成 性能简介：静止部件。通过叶片旋转带动其运动，性能简介：静止部件。通过叶片旋转带动其运动，切割磁力线产生电流。切割磁力线产生电流。 课程结束课程结束 谢谢！谢谢！