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1、風力發(fā)電機知識交流,2013年12月,主要內容,一、風力發(fā)電機主要類型 二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理 三、風力發(fā)電機維護要點 四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,1.籠型異步風力發(fā)電機 600/125kW雙速風力發(fā)電機 750kW風力發(fā)電機 800kW風力發(fā)機 1MW水冷風力發(fā)電機 1.5MW全功率變頻風力發(fā)電機,一、風力發(fā)電機主要類型,,,,,,一、風力發(fā)電機主要類型,2、繞線式雙饋風力發(fā)電機 1.5MW水冷雙饋 1.5MW空空冷雙饋 2MW空空冷雙饋 3MW水冷雙饋 2.5空水冷雙饋 3MW水冷雙饋 5MW空水冷雙饋,一、風力發(fā)電機主要類型,3.永磁風力發(fā)電機 1.5MW直驅; 2.5M
2、W直驅; 3 MW直驅; 3 MW半直驅整機; 3 MW高速永磁整機; 1.5 MW高速永磁整機; 2.5 MW高速永磁整機。,1、籠型風力發(fā)電機結構特點及工作原理 發(fā)電機通過變壓器直接接入電網(wǎng)。因為籠型異步發(fā)電機只能工作在額定轉速之上很窄的范圍內,所以通常稱之為恒速風力發(fā)電機。 異步發(fā)電機定子由定子鐵心定子、轉子、端蓋、軸承、風扇等組成。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,1、籠型風力發(fā)電機工作原理 定子由定子繞組、定子鐵心和機座組成。定子繞組是導電部分,有三相繞組,在空間上彼此相差120電角度,繞組一般是疊繞組,毎相繞組匝數(shù)相同,定子可結成三角
3、形或星形。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,1、籠型風力發(fā)電機工作原理 定子鐵心是電機的磁路部分,由經(jīng)過沖制的硅鋼片疊成 。 定子繞組嵌在定子鐵心槽內,嵌線完成進行浸漆(主要是真空壓力浸漆),最后熱套在機座內進行聯(lián)線。,,,,,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,1、籠型風力發(fā)電機結構特點及工作原理 轉子是轉子鐵心、轉子繞組和轉軸等組成。轉子鐵心是電機中的磁路部分,由硅鋼片疊成,安裝在轉軸上。轉子繞組采用銅條端環(huán)焊接成籠型結構。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,1、籠型風力發(fā)電機結構特點及工作原理 電機定子繞組接通三相電源后,繞組中有電流通過,在定子中產生旋轉磁場,由于磁場與
4、轉子繞組存在相對運動,在轉子繞組內將產生感應電勢,此感應電勢在閉合的轉子繞組中將產生電流。電流在磁場中受磁場力作用,便產生電磁轉矩,轉子開始旋轉。 當轉速低于同步轉速時,為電動機狀態(tài);當轉速高于同步轉速時,為發(fā)電機狀態(tài)。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,1、籠型風力發(fā)電機結構特點及工作原理 恒速并網(wǎng)運行時,異步發(fā)電機需要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率以產生旋轉磁場,這惡化了電網(wǎng)的功率因數(shù),易使電網(wǎng)無功容量不足,影響電壓的穩(wěn)定性.為此,一般在發(fā)電機組和電網(wǎng)之間配備適當容量的并聯(lián)補償電容器組以補償無功。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,1、籠型風力發(fā)電機結構特點及工作原理 優(yōu)點:由于籠型異步
5、發(fā)電機系統(tǒng)結構簡單、成本低且可靠性高,比較適合風力發(fā)電這種特殊場合,在風力發(fā)電發(fā)展的初期,籠型異步發(fā)電機得到了廣泛的應用。 缺點:因電機轉速恒定,不能充分利用風能(風能利用系數(shù)不能保持在最大值),風速躍升時,導致主軸、齒輪箱、電機等部件承受極大的機械應力。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,1、籠型風力發(fā)電機結構特點及工作原理 750KW電機參數(shù),二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,2、雙饋風力發(fā)電機結構特點及工作原理 雙饋風力發(fā)電機實質上是一種繞線式轉子電機,由于其定子和轉子都能向電網(wǎng)饋電,故而稱為雙饋電機。 雙饋電機的定子結構與籠型電機定子相同,轉子繞組
6、是線圈結構因而與籠型電機略有不同。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,2、雙饋風力發(fā)電機結構特點及工作原理 雙饋風力發(fā)電機的工作原理與一般異步發(fā)電機相同,不同的是雙饋電機的轉子繞組由變頻器控制,變頻器采用矢量控制,通過調節(jié)轉子電流頻率、幅值、相位、相序以及電壓,有功分量、無功分量完全解耦,使定子側感應出恒壓恒頻的三相交流電。還可以靈活的控制雙饋發(fā)電機超前或滯后的無功功率,改善電網(wǎng)的功率因數(shù),穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,2、雙饋風力發(fā)電機結構特點及工作原理 雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)組成如下圖所示,圖中省略了變壓器、濾波器等構件。其中轉子通過變頻器接入電網(wǎng),當系統(tǒng)檢查到定子
7、電壓、頻率及相位與電網(wǎng)一致時,定子通過并網(wǎng)開關直接接入電網(wǎng),轉子上裝配有編碼器。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,2、雙饋風力發(fā)電機結構特點及工作原理 轉速小于同步轉速時,發(fā)電機處于亞同步狀態(tài),轉子通過變頻器從電網(wǎng)中吸收功率,定子直接饋送電能給電網(wǎng)。 轉速大于同步轉速時,發(fā)電機處于超同步運行狀態(tài),轉子通過變頻器饋送電能給電網(wǎng),定子直接饋送電能給電網(wǎng); 轉速等于同步轉速時,發(fā)電機作為同步電機運行,轉子既不從電網(wǎng)吸收有功率也不向電網(wǎng)饋送有功。變頻器向轉子提供接近于直流的無功勵磁電流。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,2、2、雙饋風力發(fā)電機結構特點及工作原理 優(yōu)點:與籠型電機比,能控制無功
8、功率,并通過獨立控制轉子勵磁電流解耦有功功率和無功功率控制;轉速可調,使風力機處于最佳狀態(tài),機組效率高。與直驅電機比,變流器容量小,電機成本低。 缺點:與籠型電機比,轉子結構復雜,并增加了滑環(huán)、編碼器等結構,電機的滑環(huán)碳刷等也需要經(jīng)常維護。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,3、永磁風力發(fā)電機結構特點及工作原理 永磁風力發(fā)電機系統(tǒng)組成如下圖所示,發(fā)電機定子輸出先經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?,再?jīng)IGBT逆變器逆變成交流電送到電網(wǎng)。與籠型電機和雙饋電機相比,永磁風力發(fā)電機采用永磁體勵磁,消除了勵磁損耗,提高了效率,實現(xiàn)了無刷化。,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,3、永磁風力發(fā)電機結構特點及工作原理 永
9、磁風力發(fā)電機也是由定子和轉子兩部分組成,定子與普通交流電機相同,由定子鐵心和定子繞組組成。轉子采用永磁材料,磁極結構多種多樣,主要分為以下三種形式:(永濟公司為金風設計的3MW半直驅YJ147電機采用嵌入式,改進后為凸裝式。),二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,3、永磁風力發(fā)電機結構特點及工作原理 外轉子永磁風力發(fā)電機特點: 外轉子直接暴露在空氣 中,有利于散熱。 磁鐵受離心力作用,良好固定,提高高速能力。 轉動慣量大,可以有效克服風速波動影響 轉子直徑大,多極結構易實現(xiàn),降低成本 轉子與風輪更容易集成一體,二、風力發(fā)電機結構特點及工作原理,3、永磁風力發(fā)電機結構特點及工作原理 優(yōu)點:
10、采用永磁體勵磁,可以提高發(fā)電機的效率; 省去了電刷和集電環(huán)等易耗機械部件,提高了系 統(tǒng)的可靠性; 采用全功率的交-直-交變頻技術,與電網(wǎng)隔離, 具有低電壓穿越能力; 缺點:稀土永磁材料成本高,導致整機成本相對較高, 永磁材料在高溫、震動和過電流情況下,有可 能永久退磁,變頻器容量大,成本高。,三、風力發(fā)電機維護要點,1、籠型風力發(fā)電機維護要點: 按銘牌要求定期加注潤滑脂,清理廢油; 按維護手冊要求定期檢查對中; 檢查電動機各部分溫升是否正常,尤其是軸承溫度; 檢查電機振動是否異常。 檢查定子接線是否有打火痕跡; 檢查緊固件是否松動。,三、風力發(fā)電機維護要點,2、雙饋風力
11、發(fā)電機維護要點: 按銘牌要求定期加注潤滑脂或注油器注油,清理廢油; 按維護手冊要求定期檢查對中; 檢查電動機各部分溫升是否正常,尤其是軸承溫度; 檢查電機振動是否異常。 檢查定子、轉子接線是否有打火痕跡; 檢查緊固件是否松動。,三、風力發(fā)電機維護要點,2、雙饋風力發(fā)電機維護要點: 檢查滑環(huán)、接地環(huán)、主電刷和接地電刷的磨損狀況(更換碳刷時必須磨刷); 檢查注油器是否工作正常; 清理滑環(huán)室及碳粉收集器的多余碳粉; 清理冷卻器中的塵土。 檢查冷卻風機是否工作正?;蛩湎到y(tǒng)是否漏水; 檢查轉子對地絕緣電阻(絕緣軸承或絕緣端蓋)。,三、風力發(fā)電機維護要點,3、永磁風力發(fā)電機維護要點: 按銘牌要求定期加注
12、潤滑脂或注油器注油,清理廢油; 按維護手冊要求定期檢查對中; 檢查電動機各部分溫升是否正常,尤其是軸承溫度; 檢查電機振動是否異常。 檢查子接線是否有打火痕跡; 檢查緊固件是否松動。 檢查水冷系統(tǒng)是否漏水。,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,1、籠型風力發(fā)電機常見故障: 外風扇斷裂 內風扇松動 軸承燒損 電機振動大 定子繞組及引出線燒損,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,外風扇斷裂,1、籠型風力發(fā)電機常見故障:,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,1、籠型風力發(fā)電機常見故障: 外風扇斷裂處理方法: 檢查軸承是否有異音,因風扇斷裂造成電機振動大,動平衡差。 檢查大接線盒螺栓是否松動,振動會造成大
13、接線盒松動; 可在現(xiàn)場更換外風扇。,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,內風扇松動,1、籠型風力發(fā)電機常見故障:,1、籠型風力發(fā)電機常見故障: 內風扇松動處理方法: 注意傾聽電機內部聲音,確認是否是內風扇松動。 更換內風扇。 此方法可能造成電機振動大,因沒有進行動平衡處理。,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,1、籠型風力發(fā)電機常見故障:,軸承燒損,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,1、籠型風力發(fā)電機常見故障: 軸承燒損處理方法: 更換軸承 軸承加熱溫度不超過120度,且均勻加熱,嚴禁用明火加熱(油浴加熱或去磁感應加熱);要用拆軸承專用工裝進行拆卸(使軸承內
14、圈受力,避免滾珠受力)。,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,1、籠型風力發(fā)電機常見故障: 電機振動大處理方法: 定期校驗齒輪箱和電機對中情況 檢查軸伸端跳動,應小于0.05mm; 檢查外風扇; 檢查軸承聲音。,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,1、籠型風力發(fā)電機常見故障: 定子繞組及引出線燒處理方法: 檢查三相電阻是否平衡要求小于2%,繞組對地絕緣,要求大于50M。---返回工廠處理 檢查外風扇、大接線盒內螺栓的緊固情況; ----更換風扇及引出線,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,2、雙饋風力發(fā)電機常見故障: 故障類型與籠型電機基本相同,增加的故障點有: 滑環(huán)、接地環(huán)及碳刷燒損; 冷卻風機燒 注油器不工作 轉子繞組燒,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,2、雙饋風力發(fā)電機常見故障:,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,2、雙饋風力發(fā)電機常見故障:,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,2、雙饋風力發(fā)電機常見故障:,四、風力發(fā)電機常見故障及處理方法,永磁風力發(fā)電機常見故障: 故障類型與雙饋、籠型電機基本相同,主要是繞組、軸承問題,增加的故障點主要是磁鋼失磁,但目前國內還未出現(xiàn)此類典型性故障。,