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双馈发电机原理讲解 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】一．双馈发电机原理讲解二．风力发电机的主要类型1．异步发电机笼鼠式异步发电机特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。
缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。
一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。
绕线转子异步发电机特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。
风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。
双馈异步发电机特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。
2．同步发电机永磁同步发电机特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。
转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。
一般用于海上风机。
直流励磁同步发电机特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。
三． 双馈异步发电机原理1．旋转磁场旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。
从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。
三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o 、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。
2．旋转磁场的转速和转向以异步电动机为例，说明旋转磁场的转速和方向同励磁电流的关系。
① ωt=0 o 时，合成磁场方向：向下② ωt=60o 时，合成磁场方向顺时针转过60o 。
有刷双馈式异步发电机有刷双馈式异步发电机双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，双馈异步发电机通常为4极或6极，转速为1500r/min、1000r/min，如此高的转速是通过多级增速齿轮箱来实现的。
这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。
目前美国GE能源、德国Fuhrländer等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。
我国甘肃兰州电机有限责任公司、北车集团永济电机厂、四川东风电机厂有限公司也都先后研制成功了兆瓦级双馈式异步发电机。
双馈式电机分鼠笼式和绕线式两种。
但是，鼠笼式感应发电机因其无法最大限度地利用风能，在风力发电机组中没有得到广泛应用。
在风力发电机组中多选用绕线转子感应异步发电机，这种发电机在结构上与绕线式异步电机相似，由绕线转子异步发电机和在转子电路上带交流励磁器组成，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，这种带滑环的双馈式电机被称之为有刷双馈发电机。
双馈式电机的定子接入电网，通过PWM(脉宽调制)AC-DC-AC变频器向发电机的转子绕组提供励磁电流，为了获得较好的输出电压电流波形，输出频率一般不超过输入频率的1/3。
其容量一般不超过发电机额定功率的30%，通常只需配置一台1/4功率的变频器。
其原理图如图1所示。
双馈式异步发电机向电网输出的功率由两部分组成，即直接从定子输出的功率和通过变频器从转子输出的功率。
风力机的机械速度是允许随着风速而变化的。
通过对发电机的控制使风力机运行在最佳叶尖速比，从而使整个运行速度的范围内均有最佳功率系数。
双馈式异步发电机的变速运行是建立在异步电机基础上的，众所周知异步电机既可作为电动机运行，也可作为发电机运行。
我们将转子转速n与同步转速ns的差值定义为转差，转差与同步转速之比的百分值定义为转差率。
在作电动机运行时，异步电动机转子的转速只能是略低于同步转速，此时产生的电磁转矩与转向相同，转差率＞0。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理一、引言近年来，随着环保意识的提高和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和推广。
而风力发电机组作为风力发电系统的核心部件，其稳定性和效率对整个系统的运行影响重大。
双馈异步风力发电机机组变流器作为风力发电机组的关键部件之一，其基本运行原理对整个系统的性能具有重要影响，因此有必要对其进行全面了解和分析。
二、双馈异步风力发电机机组概述双馈异步风力发电机机组是一种常见的风力发电机组类型，其主要由风轮、叶片、主轴、发电机、变流器等组成。
风轮转动驱动主轴旋转，主轴通过传动系统带动发电机工作，发电机将机械能转化为电能输出给电网。
其中变流器起着将发电机输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电再转换为交流电，并使得风力发电机组能够与电网实现同步运行的重要作用。
三、双馈异步风力发电机机组变流器基本结构双馈异步风力发电机机组变流器主要由变流器电路、控制系统和通信系统等组成。
其中变流器电路包括整流部分和逆变部分，控制系统负责对变流器进行控制和监测，通信系统用于与上层监控系统进行数据交互。
双馈异步风力发电机机组变流器通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等功率器件，以实现对电流和电压的精确控制。
四、双馈异步风力发电机机组变流器工作原理1.变流器整流部分：发电机输出的交流电首先被变流器整流部分进行整流，将交流电转换为直流电。
这个过程包括整流桥、滤波电路等部分，其主要目的是将交流电转换为基本平稳的直流电，以便后续逆变器的工作。
2.变流器逆变部分：经过整流的直流电被逆变器逆变部分转换为交流电，通过逆变器的PWM控制，将直流电转化为符合电网要求的交流电，并具有同步电网的频率和相位。
逆变部分通过对功率器件的开关控制，将直流电转换为交流电输出到电网。
3.控制系统：变流器的控制系统通过对PWM控制信号的生成和对功率器件的开关控制，实现对变流器的电流和电压的精确控制，使得风力发电机组与电网实现有效的功率传递和稳定的运行。
风力发电机组双馈异步发电机国标（最新版）目录1.风力发电机组概述2.双馈异步发电机的定义及工作原理3.国标对双馈异步发电机的规定4.双馈异步发电机在风力发电中的优势5.双馈异步发电机的国内外现状6.双馈异步发电机的发展趋势正文一、风力发电机组概述风力发电机组是一种可再生能源设备，通过将风能转化为电能，为我国提供清洁的能源来源。
风力发电机组主要由风轮、传动系统、发电机等部分组成。
其中，发电机是风力发电机组的核心部件，其作用是将风轮产生的机械能转化为电能。
二、双馈异步发电机的定义及工作原理双馈异步发电机是一种绕线型电机，其主要由定子和转子两大基础结构组成。
双馈异步发电机的特点是电网负责提供定子绕组所需电压，而转子绕组所需能量则来自于变频器。
通过将定子和转子连接到电网上，实现能量的转化。
三、国标对双馈异步发电机的规定我国国家标准《风力发电机组，双馈异步发电机 (第 1 部分):技术条件》(gb/t,23479.1-2009) 对双馈异步发电机的技术条件进行了详细规定。
该标准由全国风力机械标准化技术委员会归口，永济新时速电机电器有限责任公司、湘潭电机股份有限公司、清华大学、沈阳工业大学等单位参与起草。
四、双馈异步发电机在风力发电中的优势双馈异步发电机在风力发电中具有以下优势：1.提高发电效率：双馈异步发电机通过变频器调整电机的转速和电压，使其始终处于最佳工作状态，从而提高发电效率。
2.降低成本：双馈异步发电机结构简单，且采用增速齿轮箱，使得电机体积小、重量轻，易于安装和维护，从而降低成本。
3.提高系统可靠性：双馈异步发电机采用全功率变频器，具有较强的过载和过流保护能力，可提高整个风力发电系统的可靠性。
五、双馈异步发电机的国内外现状目前，双馈异步发电机在国内外的发展已经取得了长足的进步，广泛应用于风力发电等领域。
然而，一些核心技术仍需进一步完善，以提高发电效率和降低成本。
六、双馈异步发电机的发展趋势随着技术的不断进步和市场需求的不断增长，双馈异步发电机在风力发电领域的应用将更加广泛。
双馈异步风力发电机（DFIG）是一种常用于大型风力发电系统中的发电机。
它采用了双馈结构，即转子上的差动输出。
下面是双馈异步风力发电机的工作原理：
1. 变速风轮：风力通过变速风轮传递给风力发电机。
2. 风力发电机转子：发电机的转子由固定的定子和可旋转的转子组成。
转子上有三个绕组：主绕组、辅助绕组和外部绕组。
3. 风力传动：风力使得转子转动，转子上的主绕组感应出交变电磁力，产生主磁场。
4. 变频器控制：通过变频器，将固定频率的电网电压和频率转换为可调节的电压和频率。
5. 辅助转子绕组：辅助绕组连接到变频器，通过变频器提供的电压和频率来控制转子的电流。
6. 双馈结构：辅助转子绕组的电流经过转子上的差动输出到外部绕组，形成双馈结构。
外部绕组与电网相连。
7. 发电转换：转子上的双馈结构使得发电机能够将风能转化为电能，
并输出到电网中。
通过双馈异步风力发电机的工作原理，可以实现对风能的高效转换和可调节的发电功率输出。
同时，利用双馈结构，可以提高发电机对风速变化的适应性和控制性能，从而提高整个风力发电系统的效率和稳定性。
双馈异步发电机工作原理一、先知道什么是双馈风力发电机双馈发电的意思就是指感应电机的定子、转子同时能发出电能，双馈发电机其转子和定子都最终连于电网，转子与定子都参与励磁，其定子和转子都可以与电网有能量的交换。
二、双馈异步发电机的原理是通过叶轮将风能转变为机械转矩，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，已达到最大利用风能效果。
三、特点1、由于定子直接与电网连接，转子采用变频供电，因此，系统中的变频器容量仅仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机最大转差功率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机容量的1/4-1/3，这样系统的总体配置费用就比较低。
2、具有变速恒频的特性。
3、可以实现有功功率和无功功率的调节。
四、如何实现变速恒频。
设双馈发电机的定子转子绕组为对称绕组，电机的极对数为P，根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1为同步转速，它与电网频率f1及电机的极对数p的关系如下：n1=60f1/p ,同样在转子三相通入频率为f2的三相对称电流，所产生的旋转磁场速度为n2=60f2/p,改变f2即可改变n2，而且若改变通入转子三相电流相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向，因此若设n1为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步转速，而n为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n±n2=n1=常数，则双馈电机定子绕组的感应电势如同在同步发电机一样，其频率将始终维持为f1不变。
双馈发电机的转差率s=(n1-n)/n1 ,则双馈发电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60=p(n1-n)/60=p(n1-n)/n1*n1=pn1/60*(n1-n)/n1=f1*s上式表明：在异步发电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率为f1*s的电流，则在双馈发电机定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势，所以根据上述原理，只要控制好转子电流的频率，就可以实现变速恒频发电了。
风力发电双馈异步发电机励磁控制变频器综述禹华军 上海输配电股份有限公司技术中心1． 变速恒频风电系统结构风力发电机组通常由风力机、传动系统、发电机、偏航系统、变桨距系统和控制系统等部分组成。
风力机的作用是将风能转换为机械能，通过传动系统，由齿轮箱增速，将机械能传递给发电机。
发电机采用绕线式异步发电机，通过交流励磁控制，实现机械能向电能的转换，同时能实现风力机系统的变速恒频控制。
机舱与塔架之间安装有偏航系统，使机舱对准来风的方向。
变桨距系统通常在风速超过额定值时，对风力机转速和输出功率进行控制，保证系统机械和电气安全。
控制系统是风力发电机组的“大脑”，由它自动完成机组的所有工作过程，并提供人机接口和远程监控的接口。
对恒速风机来说，当风速跃升时巨大的风能将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件，在这些部件上产生很大的机械应力。
如果上述过程频繁出现，会引起这些部件的疲劳损坏，因此设计时不得不加大安全系数，从而导致机组重量加大，制造成本增加。
而当风力发电机采取变速运行时，由风速跃升所产生的巨大风能，其中部分被加速旋转的风轮所吸收，并以动能的形式存储于高速运转的风轮中，从而避免主轴以及传动机构承受过大扭矩和机械应力。
当风速下降后，在相关电力电子装置调控下，将高速风轮所存储的动能释放出来并转变为电能送入电网，通过风轮的加速、减速对风能的阶跃性变化起到缓冲作用，使风力机组内部能量传输部件应力变化平稳，防止破坏性机械应力产生，从而使风力机组运行更加平稳和安全。
常用的变速恒频控制方法有：鼠笼型异步发电机变速恒频（包括定子侧串变频器），绕线型异步发电机变速恒频（改变转子外接电阻），同步发电机变速恒频（电磁式与永磁式），双发电机侧变流器抱闸倾斜控制转子齿轮变流控制风力发电机控制系统带滑环的异步发电机线侧变流器图1 风力发电系统结构示意图馈感应异步发电机（Doubly-Fed Induction Generator-DFIG ）变速恒频（包括无刷型），磁场调制型变速恒频，开关磁阻发电机变速恒频等。
1.引言：
风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。
发电机主要包
括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。
永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW 的永磁直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。
同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。
异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPMF运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MV Y 1.5MV y 2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。
2.双馈异步发电机的原理：
所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能, 发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。
现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱
变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PW M控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。
通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。
有个大致感觉是 1.5MW 发电机的定子发电量大概1200KV，转子大约300KV，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。
3.双馈异步发电机的设计难点：
结构设计难点：因机舱封闭体积，风机运行环境非常恶劣，需要气温-30〜55度之间正常运行，希望电机尺寸尽量小，风机对发电机重量有严格要求，部分厂家对转子转动惯量也有要求。
发电机需要高速运行，但振速要小，通常要小于 2.8mm/s。
此外对于水冷的电机入水温度较高，需要考虑维修和维护问题！比如轴承自动加油等！还有就是，整个发电机是倾斜运行的，大概4〜5度的倾斜角度，这个在结构设计时候需要考虑〜〜大家看到发电机的轴承就知道了。
电气设计难点：风机需要效率97%以上，由于转子绕组接变频
器，接变频器就会引发谐波电流，会引起铜耗，铁耗等！此外
定子转子承受很大冲击电压，提高绕组温升问题是优先考虑，
转子电流非常大，上千安培，滑环设计也是难点！电机会有轴
电流，需要考虑绝缘问题！同时高空运行需要防雷处理！转子
绕组线规非常大，成型困难！尽量控制转子输出功率尽量小于
30%，以缩小变频器的功率。
Q＆A：
如果是电动机运行的话，怎么启动呢，能直接启动吗？需要转子先短路后等达到一定速度后再双馈吗？
一般铭牌上会有低速和高速的数据，一般是在风速3m/s 到
14m/s 运行，低速下面, 定子发出电能，转子由变频器交流送电驱动（无功功率），比如1.5MW的发电机它可能工作速度为300〜1800 都有可能，你们看看铭牌就知道了，就是说叶片速度太低，这个系统就不工作的，只有一定风速下，整个系统才会运行，机舱上面有个自动侧风速的风速仪。
我的风力发电是33kw的,也是一个异步发电机，整个
结构也和你说的差不多, 可是我还真没发现有变频器, 它是怎么个原理呢？
对于小功率发电机，没必要加变频器，你想想变频器
价格昂贵
一般是矢量控制还是直接转矩控制呢？
通常变频器是PW矢量控制的。
增速箱的速比可以调节吗？可以的。
齿轮箱的外形结构如下所
示：
齿轮箱照片1
齿轮箱照片2
丁" ■“ .「w pw 副:wff ・ 丁 I ，T 沖 9 PC Aa 4109 • ^'.^'..Tat/p i = 曰" -J/i--''/ramiJ0 ■' i/ap 口 坍0 煦 * /, Yi.*Pnw&r _ 1 5<KF 沾0 ・--, ?Jc-!匚rt ： app 11 t 齿轮箱数据参数 不要齿轮箱，那电机转速太低，变频器容量要大了 吧？
齿轮箱能免则免，太笨重而且要维护。
不要齿轮箱的 话，得
用同步机，低速一般只能选择同步机。
但是同步机一般直径很
大。
齿轮箱转速比一般是固定的还是运行过程中要调
节？ 齿轮箱转速比一般是固定的 mer-yy MW tn 孤:祁 W Unit
设计风力发电机一般按 F 级绝缘设计吗，好像散热不
太好？
按H 级设计，散热不好，所以绝缘级别高。
电机在亚同步的时候，转子电流是流入转子的，在超
同步后转子发电，电流流出转子，磁场方向是否改变？因为在这个过
程中转子电流已经换向了？电流反向期间是否有过零点？
双馈异步电机的有三个运行状态即“亚同步状态
（转速小于同步转速时）”、“同步状态”以及“超同步状态”，在
电机的运行过程中，从转子电流看，是逐渐增大的趋势，而转子功率有正负变化，越到后面无功功率越来越大。
是电压正负反向吗？
不是这么理解的，功率为正可以认为电机是向外输送
电能，功率为负可以认为变频器向电机输送电能。
4、双馈异步发电机的结构特点:
目前流行的双馈异步发电机，都是采用水冷或者空冷的方式的。
同样是水冷的电机，风力发电机与普通电动机不同的是：风力发电机没带
水冷冷却器；而空冷的发电机多了一个很大的冷却器。
另外，水冷发电机的机座是圆柱体的，机座里面焊接了很多水管, 空冷发电机是长方体的，上面有个空气冷却器。
同时，水冷电机客户比较担心腐蚀性。
水冷发电机照片
空冷发电机的风扇分为“轴流式”和“离心式”两种，图示为“离心式”
空冷发电机照片
Q& A:
水冷电机是如何冷却？水冷电机里的水是循环的吗？是不是冷水从管子里走带走温度？
大家想想风机那么高，怎么送水上去？—其实水冷
电机的水管连接循环水系统送水，全名叫“恒温自循环水装置”，它可以保证送入电机水温恒定。
也就是说，装上的水就不动了，在电机里面循环使
用？
送水温度55度左右，机壳整圆圈焊接水管（10mm内
径左右）。
55 度是不是太高了？
55 度是标准环境温度。
电机的平均温升一般是多少？
F级绝缘不超过105K通常制造按照H级绝缘制造，考核按照F 级绝缘考核。
水冷电机要比风冷小吧？从重量和体积上大概能小
多少？
水冷电机少了一个冷却器，体积小了一半左右，但是水长期流来流去，容易生锈。
一旦生锈的话，整套的东西就无法工作了。
用不锈钢的机壳不就不会有水锈了么？
不锈钢的机座焊接和加工工艺都比较困难，一方面如果用不锈钢，造价贵，而且不现实而且整套冷却系统里不单单只有电机一样东西，水冷系统用户不是会很放心。
焊接的地方怎么防锈呢？
一般要求工艺上要处理得好，具体怎么焊接的用什么材料焊接的都有讲究，要采用特殊的工艺，白钢焊条等等。
发电机选用的轴承是绝缘轴承，电机是倾斜使用，前后轴承都是采用滚珠轴承，现在绝大厂家采用的是SKF的陶瓷绝缘轴承，其实无刷电机要求高的也用陶瓷绝缘轴承，有些电动机上面也选用绝缘轴承。
为什么要用绝缘轴承?
因为存在轴电压，其实是轴电流〜〜只要是接变频
器，就会有谐波，只要有谐波，就三相不平衡，谐波大家可以把它想象为“不规则的正旋波”，当产生轴电流的时候，轴承会立即损坏。
两侧都是陶瓷轴承吗？
两侧！电动机只是一侧，而我们发电机是两侧。
为什么电动机是一侧，而发电机是两侧？
发电机两侧都要链接东西电机只是驱动段一侧。
另外，轴承润滑油脂也不一样，因为风机长时间才能
维护一次，所以大部分发电机采用自动润滑系统，这个润滑系统是要加电池的，它可以自动补油进去。
在特殊场合选用的电机就需要这种东西，因为有的工况下人不能进去给轴承加油。
自动润滑系统照片
有了这个多长时间维护一次？
一般是一年派人上去维护一次，这个不一定的。
发电机的滑环目前大部分靠进口，因为转子电流非常大，而且每相之间必须绝缘O
滑环照片。
