風(fēng)電畢業(yè)設(shè)計(jì)--交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的程序設(shè)計(jì)

1、<p>　　交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　地球常規(guī)能源的有限性和伴隨它們消耗產(chǎn)生的一系列污染問(wèn)題，是當(dāng)今各國(guó)所面的嚴(yán)重問(wèn)題，各國(guó)都在尋求可持續(xù)發(fā)展并且清潔的新能源。風(fēng)能以其自身的優(yōu)勢(shì)被人們所關(guān)注，它取之不盡、用之不竭，在轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程中，不產(chǎn)生任何有害氣體和廢料，不污染環(huán)境，可以就地取材，不

2、需要運(yùn)輸。</p><p>　　利用風(fēng)能發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)十分關(guān)鍵，目前，交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)已是國(guó)際主流產(chǎn)品。而在國(guó)內(nèi)，交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)還是一個(gè)比較新型的領(lǐng)域。本文就交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理及設(shè)計(jì)制造進(jìn)行了探討。</p><p>　　首先根據(jù)電機(jī)學(xué)的基本原理，從電機(jī)學(xué)的基本理論入手，深入研究了交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的基本運(yùn)行原理，從其等效電路出發(fā)，推導(dǎo)

3、了交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的電壓方程和電流方程,并分析了交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子量的穩(wěn)態(tài)構(gòu)成和控制量與控制對(duì)象間的內(nèi)在關(guān)系及交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的能量關(guān)系。為計(jì)算和設(shè)計(jì)此類(lèi)電機(jī)提供了理論依據(jù)。</p><p>　　其次根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)基本原則，結(jié)合交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的基本運(yùn)行原理，分析交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方法，推導(dǎo)了交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)公式，進(jìn)行了典型樣機(jī)電磁方案的設(shè)計(jì)。</p><p>　　最后結(jié)

4、合交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的典型樣機(jī)電磁方案，進(jìn)行了交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　另外還用編制的程序，對(duì)典型樣機(jī)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)的電磁計(jì)算，繪制了交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性曲線，并對(duì)其進(jìn)行了特性分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞　交流勵(lì)磁；雙饋發(fā)電機(jī)；風(fēng)力發(fā)電；變速恒頻</p><p>　　AC-excitation Double-Fed Wind P

5、ower Generator's Programming</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The important problem all the word facing is that ,on the earth the nomal energy is not only limit ,but make a lot

6、of pollution when they are consumed.So everycountry is looking for the road to continuous and cleanly energy.On the current tendency,wind enery is widely concerned byman because it cant’t be used up forever.During the pr

7、ocess of switching electrical enery,it doesn’t produce any bad gas and waste and also dosen’t pollute circumstance;it has the characteristics of using local material</p><p>　　Using wind energy electricity ge

8、neration，wind power generator's design and the technique of manufacture are very essential. At present, the AC-excitation double-fed wind-driven generator already was the international mainstream product. But in dome

9、stic, the Ac-excitation double-fed wind-driven generator's design is a quite new domain. This article on the AC-excitation double-fed wind power generator's structure, the movement principle and the design manufa

10、cture has carried on the discussion.</p><p>　　First according to the electrical engineering basic principle, obtains from the electrical engineering elementary theory, the deep research exchange excitation d

11、ouble-fed electrical machinery's basic movement principle, embarked from its equivalent circuit, has inferred the exchange excitation of double-fed electrical machinery's voltage equation and the electric current

12、 equation, and has analyzed between the exchange excitation double-fed electrical machinery rotor quantity intrinsic relations </p><p>　　Next according to the electric machine design elementary theory, the u

13、nion AC-excitation double-fed electrical machinery's basic movement principle, the analysis exchange excitation double-fed electrical machinery's electromagnetism design method, has inferred the AC-excitation dou

14、ble-fed electrical machinery's electromagnetism design formula, has carried on the typical prototypical electromagnetism plan design.</p><p>　　Finally the union AC-excitation double-fed generator's t

15、ypical prototypical electromagnetism plan, has carried on the ACexcitation double-fed generator's programming.</p><p>　　In addition uses the establishment the procedure, has carried on computer's ele

16、ctromagnetism computation to the typical prototype, has drawn up the AC-excitation double-fed wind power generator's characteristic curve, and has carried on the characteristic analysis to it.</p><p>　　K

17、eywords　AC-excitation;doubly-fed generator;wind power generation;</p><p>　　variable speed constant frequency </p><p>　　不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印</p><p><b>　　目錄</b></p>&

18、lt;p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義背景2</p><p>　　1.2 交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)內(nèi)外研究歷史及其現(xiàn)狀3</p>&l

19、t;p>　　1.2.1 風(fēng)力發(fā)電的歷史3</p><p>　　1.2.2 交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容5</p><p>　　第2章 雙饋電機(jī)的基本運(yùn)行原理及結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.1 雙饋電機(jī)的基本原理及結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.1.

20、1 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理6</p><p>　　2.1.2 雙饋電機(jī)的電壓方程、等效電路及電磁功率7</p><p>　　2.2 雙饋電機(jī)各種工作狀況下的能量關(guān)系和功率關(guān)系12</p><p>　　2.2.1 雙饋電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析及穩(wěn)態(tài)功率關(guān)系12</p><p>　　2.2.2 雙饋電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與額定功率15</

21、p><p>　　第3章 雙饋電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.1 主要尺寸的確定18</p><p>　　3.2 電勢(shì)系數(shù)的確定18</p><p>　　3.3 有功功率和無(wú)功功率計(jì)算19</p><p>　　3.4 額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電流和額定勵(lì)磁容量的計(jì)算20</p><p&

22、gt;　　3.5 穩(wěn)態(tài)短路電流的計(jì)算21</p><p>　　3.6 電壓調(diào)整率的計(jì)算22</p><p>　　3.7 典型樣機(jī)方案設(shè)計(jì)23</p><p>　　第4章 雙饋電機(jī)的程序設(shè)計(jì)44</p><p>　　4.1 雙饋電機(jī)程序設(shè)計(jì)軟件44</p><p>　　4.1.1 軟件說(shuō)明及其功能44<

23、/p><p>　　4.1.2 雙饋電機(jī)設(shè)計(jì)流程47</p><p>　　4.2 針對(duì)典型樣機(jī)的性能分析50</p><p><b>　　結(jié)論54</b></p><p><b>　　致謝55</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)56</b>

24、</p><p>　　附錄1 交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)程序58</p><p>　　附錄2 并網(wǎng)雙饋異步發(fā)電機(jī)的控制方法82</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題研究的意義背景</b></p><p>　　風(fēng)能是大自然中蘊(yùn)藏豐富、可

25、再生、無(wú)污染的能源，考慮到有機(jī)燃料的非再生性與有限開(kāi)采性以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境等原因，大力開(kāi)發(fā)利用新能源發(fā)電尤其是風(fēng)能發(fā)電具有特別的現(xiàn)實(shí)意義，如今風(fēng)力發(fā)電已是世界上增長(zhǎng)最快的可再生能源，在新能源的開(kāi)發(fā)與利用中獨(dú)樹(shù)一幟，成為解決常規(guī)能源尤其是石化能源帶來(lái)的能源短缺，環(huán)境污染以及溫室效應(yīng)等問(wèn)題的有效途徑之一。</p><p>　　在經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的情況下，我國(guó)能源工業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境保護(hù)雙重壓力。走可持續(xù)發(fā)展道路，在確保社

26、會(huì)不斷進(jìn)步發(fā)展的同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境已為越來(lái)越多的國(guó)家所共識(shí)。因此盡可能地利用潔凈能源代替含碳量高的燃料是當(dāng)今世界能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。</p><p>　　風(fēng)能取之不盡，用之不竭，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大，發(fā)電質(zhì)量不斷提高，已成為一種安全可靠的能源，具備了大規(guī)模開(kāi)發(fā)的條件，國(guó)際國(guó)內(nèi)已經(jīng)成功出現(xiàn)了兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組和數(shù)百兆瓦的大型風(fēng)電場(chǎng)，其經(jīng)濟(jì)性日益提高。另外，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)周期

27、短，占地少，運(yùn)行成本低廉，與煤電，核電和水電相比，其優(yōu)越性是無(wú)可比擬的。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電作為一種新能源的出現(xiàn)，日益受到世界各國(guó)的廣泛重視，近年來(lái)得到迅速發(fā)展。作為當(dāng)今世界新能源開(kāi)發(fā)中最具規(guī)模開(kāi)發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。從世界范圍看，歐洲和北美在開(kāi)發(fā)和利用風(fēng)能發(fā)電方面處于世界領(lǐng)先地位，尤其是歐洲的丹麥、德國(guó)和英國(guó)以及北美的美國(guó)。到2003年底丹麥風(fēng)電裝機(jī)容量為3110

28、MW，此外，丹麥在近海風(fēng)電方面處于領(lǐng)先位置。德國(guó)是風(fēng)電強(qiáng)國(guó)，到2001年裝機(jī)容量為8000MW，占世界風(fēng)電裝機(jī)容量的30%，而到2003年為14609MW，占全世界風(fēng)能發(fā)電的40%。同時(shí)，德國(guó)有宏大的近海風(fēng)電發(fā)展計(jì)劃。美國(guó)、荷蘭、西班牙等國(guó)的風(fēng)電事業(yè)，也在迅速發(fā)展。 </p><p>　　我國(guó)是世界上風(fēng)力資源較為豐富的國(guó)家之一，東南沿海、內(nèi)蒙古北部、新疆、甘肅等地區(qū)均屬于風(fēng)能資源豐富地區(qū)，平均風(fēng)速，有效風(fēng)能密度，

29、可開(kāi)發(fā)利用的地區(qū)占全國(guó)面積的76%，可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能約為25TW，海上可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能為75TW。從八十年代初開(kāi)始，我國(guó)國(guó)家科委和國(guó)家計(jì)委將新能源利用列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，其中就包括風(fēng)力發(fā)電的科技攻關(guān)項(xiàng)目.到1998年底，已在全國(guó)風(fēng)能資源豐富的10個(gè)省〔自治區(qū))建設(shè)了19個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量達(dá)到22.35萬(wàn)千瓦，其中新疆達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容址6.6萬(wàn)千瓦，也是亞洲最大的風(fēng)電場(chǎng)。盡管近幾年我國(guó)風(fēng)電事業(yè)取得可喜的進(jìn)步，但日前我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)

30、容量?jī)H占全國(guó)電網(wǎng)總?cè)萘康?.07%，最高的省份是新疆，也只達(dá)到3.5%，遠(yuǎn)不及于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，這說(shuō)明風(fēng)力發(fā)電還遠(yuǎn)未成為我國(guó)電力工業(yè)的一支重要力量，它還有巨大的發(fā)展?jié)摿π枰M(jìn)一步開(kāi)發(fā)和建設(shè)。因此，風(fēng)力發(fā)電在中國(guó)能源發(fā)展中的地位及發(fā)展前景具有重大的戰(zhàn)略意義和社會(huì)意義。</p><p>　　在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)頻率保持一致，即頻率保持恒定。然而由于風(fēng)速隨時(shí)變化，為了最大限度

31、地捕獲風(fēng)能，提高風(fēng)力機(jī)的效率，要求發(fā)電機(jī)的速度可以在一定范圍內(nèi)變化。因此，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制方案中宜選取變速恒頻發(fā)電方案。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁頻率即可方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組與電網(wǎng)之間的柔性連接從而大大緩解了機(jī)組軸系的機(jī)械應(yīng)力并降低了系統(tǒng)成本。與此同時(shí)，采用原動(dòng)機(jī)最佳效率跟蹤控制還能夠提高整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率，最大限度地利用風(fēng)能。因此，目前在國(guó)際上交流勵(lì)磁雙饋

32、風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制方面，我國(guó)還處于起步階段，但跟蹤國(guó)外技術(shù)、結(jié)合國(guó)情，研究發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對(duì)我國(guó)風(fēng)電技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有很大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)內(nèi)外研究歷史及其現(xiàn)狀</p><p><b>　　風(fēng)力發(fā)電的歷史</b></p>

33、<p>　　人類(lèi)利川風(fēng)能的歷史可迫溯到中世紀(jì)紀(jì)甚至更早，最初是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以后則是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。丹麥?zhǔn)鞘澜缟献钤缋蔑L(fēng)力發(fā)電的國(guó)家，從19世紀(jì)未便開(kāi)始研制風(fēng)力發(fā)電機(jī)，隨后美國(guó)和蘇聯(lián)也相繼開(kāi)始各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)，第二次世界大戰(zhàn)后，風(fēng)力發(fā)電的理論逐漸系統(tǒng)化，這時(shí)丹麥己生產(chǎn)出功率為200千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。20世紀(jì)六十年代由于石油價(jià)格下降，風(fēng)力發(fā)電處于停滯狀態(tài)，1973年以后由于石油危機(jī)的沖擊以及使用煤、石油等

34、礦物燃料發(fā)電帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電又重新受到重視，美國(guó)、丹麥、荷蘭、德國(guó)等國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究與應(yīng)用投入相當(dāng)大的人力及資金，制定了開(kāi)發(fā)規(guī)劃，和優(yōu)惠的稅收政策，他們充分利用空氣動(dòng)力學(xué)、新材料、計(jì)算機(jī)、電機(jī)及自動(dòng)控制等領(lǐng)域的新技術(shù)研制和開(kāi)發(fā)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其運(yùn)行技術(shù)。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)逐漸趨于成熟，逐漸建立了評(píng)估風(fēng)力資源的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，發(fā)展了失速控制風(fēng)輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)理論，提出和采用了新型葉片材料及翼型，研制成功變槳距控制風(fēng)機(jī)

35、，開(kāi)發(fā)了微機(jī)控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)和機(jī)群自動(dòng)控制的技術(shù)等等，這大大提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率及可靠性。這時(shí)歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展風(fēng)力發(fā)電主要是建立風(fēng)電場(chǎng)，</p><p>　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量逐步加大。在八十年代初，商品化風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量為10千瓦，進(jìn)入九十年代以后，容量為30~500千瓦的機(jī)組成為各國(guó)建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)的主導(dǎo)機(jī)型。目前國(guó)際上規(guī)定1000千瓦以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為大型機(jī)組。單機(jī)容量愈大，成

36、本越低，經(jīng)濟(jì)效益越高，同時(shí)可減少風(fēng)電場(chǎng)占地面積，因此一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛斥巨資進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究與試制，并取得了一些階段性成果。風(fēng)機(jī)大型化是今后的一個(gè)趨勢(shì)，隨著環(huán)保呼聲的日益高漲和化石燃料資源的日趨減少。很多國(guó)家和地區(qū)都制訂了發(fā)展風(fēng)電的長(zhǎng)期規(guī)劃。歐盟提出到2010年風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)4000萬(wàn)千瓦，屆時(shí)風(fēng)電將占其總發(fā)電量的12%。</p><p>　　縱觀風(fēng)力發(fā)電歷史，風(fēng)力發(fā)電在當(dāng)今世界能源開(kāi)發(fā)利用中的具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，

37、加快開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能對(duì)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)具有巨大的戰(zhàn)略意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　20世紀(jì)80年代，國(guó)外的Ortmeger,OrtBrady,Riaz 等學(xué)者對(duì)雙饋電機(jī)在變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中的原理進(jìn)行了較深入的研究。90年代，Morel和Bhowink等學(xué)者進(jìn)一步對(duì)雙饋電機(jī)在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了理論分析，計(jì)算

38、機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)研究，為雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)。</p><p>　　80年代后，功率器件的發(fā)展方向是高頻化，大功率，低損耗和良好的可控性，并在交流調(diào)速領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，使其控制性能可以和直流電機(jī)相媲美；90年代微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，加速了雙饋電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用步伐。尤其近十年來(lái)，是雙饋電機(jī)的重要發(fā)展階段，發(fā)達(dá)國(guó)家變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，大型變速恒頻水輪發(fā)電機(jī)組，兆瓦級(jí)雙饋風(fēng)力

39、發(fā)電機(jī)機(jī)組和船用軸帶雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)相繼問(wèn)世。變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已由基本控制技術(shù)向優(yōu)化控制策略方向發(fā)展，即在額定風(fēng)速以下采用最大風(fēng)能捕獲控制，在高于額定風(fēng)速是采用變漿距恒功率控制策略。</p><p>　　目前，風(fēng)力發(fā)電在許多國(guó)家如德國(guó)，丹麥，美國(guó)等得到了大規(guī)模的應(yīng)用。其單機(jī)容量穩(wěn)步上升，單機(jī)容量為5MW的風(fēng)機(jī)已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，變漿距調(diào)節(jié)方式迅速取代失速功率調(diào)節(jié)方式，變速恒頻方式迅速取代恒速恒頻方式，無(wú)齒輪

40、箱系統(tǒng)市場(chǎng)份額迅速擴(kuò)大。</p><p>　　過(guò)去20年，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造已有一定規(guī)模，目前，包括發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙、主軸、塔架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等都可由國(guó)內(nèi)制造，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制取得了很大進(jìn)展，在關(guān)鍵的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電機(jī)電氣技術(shù)及裝備和風(fēng)電場(chǎng)集中及遠(yuǎn)程控制技術(shù)方面也取得了突破。</p><p>　　但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)的風(fēng)電設(shè)備與國(guó)外相比還有相當(dāng)?shù)牟罹?。我?guó)對(duì)雙饋電

41、機(jī)及其控制技術(shù)的研究始于上世紀(jì)90年代。近年來(lái)，許多研究所已加強(qiáng)了對(duì)雙饋電機(jī)應(yīng)用技術(shù)的研究，在雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制和變速恒頻水輪發(fā)電機(jī)研究基礎(chǔ)上，開(kāi)展了對(duì)變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究。目前，大多數(shù)研究還僅限于實(shí)驗(yàn)室，也有部分成果應(yīng)用于生產(chǎn)，但從總體來(lái)看，對(duì)于雙饋電機(jī)的研究設(shè)計(jì)在我國(guó)還處于新的起步階段。在國(guó)際上，兆瓦級(jí)機(jī)組已是主流產(chǎn)品，這給國(guó)內(nèi)研究人員提出了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也給了我們新機(jī)遇。</p><p><b

42、>　　本課題的主要內(nèi)容</b></p><p>　　本文就交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)主要做了以下三各方面的工作</p><p>　　1．深入研究分析了交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理及其能量關(guān)系，并分析了轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)量的計(jì)算和構(gòu)成以及控制量與控制對(duì)象的關(guān)系；</p><p>　　2． 針對(duì)交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)特點(diǎn)，推導(dǎo)了交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)

43、力發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)公式，并參考大型異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)程序，進(jìn)行了典型樣機(jī)方案的設(shè)計(jì)；</p><p>　　3． 用Visual Basic語(yǔ)言編制了交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)軟件，繪制了樣機(jī)性能曲線，并針對(duì)樣機(jī)性能曲線對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了性能分析，得到了很好的效果。</p><p>　　雙饋電機(jī)的基本運(yùn)行原理及結(jié)構(gòu)</p><p>　　在變速恒頻發(fā)電中得到廣泛應(yīng)用的交流勵(lì)磁雙饋

44、發(fā)電機(jī)，具有定、轉(zhuǎn)子雙套繞組，可以從定、轉(zhuǎn)子兩側(cè)回饋能量，兼有同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，控制靈活性好，具有較好的無(wú)功調(diào)節(jié)能力。本章將從電機(jī)學(xué)的基本理論入手，研究交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的基本運(yùn)行原理及其電磁特性，并從其等效電路出發(fā)，分析交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子量的穩(wěn)態(tài)計(jì)算及構(gòu)成，揭示控制量與控制對(duì)象間的內(nèi)在關(guān)系，最后推導(dǎo)了交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子有功功率和無(wú)功功率的關(guān)系及能量關(guān)系。為計(jì)算和設(shè)計(jì)此類(lèi)電機(jī)提供了理論依據(jù)。</p>&

45、lt;p>　　雙饋電機(jī)的基本原理及結(jié)構(gòu)</p><p>　　雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)定子三相繞組接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組也采用多相平衡繞組（一般為三相），經(jīng)交-直-交變頻器通入頻率，相位，幅值可調(diào)的三相低頻勵(lì)磁電流，變頻器一般也經(jīng)變壓器接至電網(wǎng)，如圖2-1所示。</p><p>　　對(duì)于交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組中通入

46、低頻的三相交流電流，定子和轉(zhuǎn)子三相繞組均產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)工頻的同步轉(zhuǎn)速，風(fēng)速為，為轉(zhuǎn)子提供電頻率f2的三相電流，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于電頻率的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。根據(jù)感應(yīng)電機(jī)定，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)靜止的原理(對(duì)的，電機(jī)學(xué))，交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定，轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系</p><p><b>　　(2-1) </b&g

47、t;</p><p><b>　　用頻率表示即是 </b></p><p>　　(2-2) </p><p>　　式中 —定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速</p><p>　　—風(fēng)速（電機(jī)轉(zhuǎn)速更好，應(yīng)為可能存在加速齒輪箱：直驅(qū)式）</p><p>&

48、lt;b>　　—轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　—定子電流頻率</b></p><p><b>　　—電機(jī)極對(duì)數(shù)</b></p><p><b>　　—轉(zhuǎn)子電流頻率</b></p><p>　　從上式可知，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速即風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，相

49、應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流頻率，可使定子電流頻率保持恒定，即與電網(wǎng)頻率保持一致，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻的目的。當(dāng)時(shí)，電機(jī)處于亞同步運(yùn)行，變流器向轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁，定子發(fā)出電能給電網(wǎng)？(怎么理解, 不像電動(dòng)機(jī)狀態(tài))，轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)吸收能量；當(dāng)時(shí)，電機(jī)處于超同步運(yùn)行，此時(shí)定、轉(zhuǎn)子同時(shí)發(fā)出電能給電網(wǎng)；當(dāng)時(shí)，，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁，此時(shí)發(fā)電機(jī)作同步機(jī)運(yùn)行。（對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)要了解）</p><p>　　雙饋電機(jī)的電壓方程、等效電路及電磁

50、功率</p><p>　　1．交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的特點(diǎn)是</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通過(guò)變頻器與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子是一個(gè)有源網(wǎng)，轉(zhuǎn)</p><p>　　子電流由氣隙磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)和變頻電源的電壓共同產(chǎn)生；</p><p>　?。?）電機(jī)的勵(lì)磁由定，轉(zhuǎn)子雙邊勵(lì)磁；</p><p>　　（3）定子側(cè)的功率

51、，不僅由原動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)（原動(dòng)機(jī)怎么調(diào)節(jié)？），而且通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流頻率，幅值和相位來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　發(fā)電機(jī)的電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)的正方向這里按電工慣例規(guī)定，把轉(zhuǎn)子各物理量折算到定子方，定子按發(fā)電機(jī)慣例，得到交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的等效電路圖如圖2-2所示</p><p>　　圖2-2 雙饋電機(jī)等效電路</p><p>　　2．電壓、電流方程 根據(jù)等效電路可得到以下方

52、程</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中 —定、轉(zhuǎn)子電壓相量</p><p>　　—?dú)庀洞艌?chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相量Im*(Rm+jXm)</p><p>　　—定轉(zhuǎn)子電流和勵(lì)磁電流相量</p><p><b>　　—定、轉(zhuǎn)子電阻</b>&l

53、t;/p><p>　　—定、轉(zhuǎn)子漏抗和勵(lì)磁電抗，同時(shí)記</p><p>　　轉(zhuǎn)子側(cè)各量均已歸算到定子側(cè)</p><p>　　由交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的電壓電流方程得交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的時(shí)空相量圖如圖2-3。</p><p>　　3．定、轉(zhuǎn)子電流 從交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)電壓方程解出定子和轉(zhuǎn)子電流，有</p><p><b>　

54、　(2-4)</b></p><p><b>　　(2-5) </b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　不難看出，定子和轉(zhuǎn)子電流均由兩部分組成：第一部分為定子邊加有電壓，轉(zhuǎn)子短路時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子電流，此時(shí)電流相當(dāng)于普通感應(yīng)電機(jī)內(nèi)的電流；第二部分則是轉(zhuǎn)子邊加有電壓，定子邊短路時(shí)的定子

55、和轉(zhuǎn)子電流，即</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子為同步轉(zhuǎn)式，s=0，，轉(zhuǎn)子電流頻率為0 （即為直流），此時(shí)（2-44）和（2-5）成為</p><p><b>　　(2-8)</b><

56、/p><p>　　式中為激磁電勢(shì)，為同步阻抗</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　為功角，不難看出，式（2-9）中的即為通常同步發(fā)電機(jī)的定子電流。</p><p><b>　　4. 電磁功率</b></p><p>　　若定子相數(shù)為,按發(fā)電機(jī)慣例

57、，電磁功率為</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　其中第一項(xiàng)等于</b></p><p><b>　　(2-12)</b></p><p><b>　　第二項(xiàng)等于Pm2</b></p><p&g

58、t;<b>　　(2-13)</b></p><p><b>　　第三項(xiàng)等于</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p><b>　　第四項(xiàng)等于</b></p><p><b>　　(2-15)</b>&

59、lt;/p><p>　　第三項(xiàng)和第四項(xiàng)的和為</p><p><b>　　(2-16) </b></p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　不難看出，為時(shí)（即轉(zhuǎn)子短路時(shí)）電機(jī)的電磁功率，即普通籠型感應(yīng)電機(jī)的電磁功率；則是時(shí)（即轉(zhuǎn)子供電，定子短路時(shí)）由定子電阻所引起的電磁功率；

60、和則是和的交義乘積引起的功率，總的電磁功率為</p><p><b>　　(2-18)</b></p><p>　　可見(jiàn)在一般情況下，雙饋電機(jī)的電磁功率不但與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，還與定、轉(zhuǎn)子電壓間的相位差角由關(guān)，這是雙饋電機(jī)的特點(diǎn)。</p><p>　　雙饋電機(jī)變成普通的感應(yīng)電機(jī)，當(dāng)s=0時(shí)，</p><p><b>

61、;　　(2-20)</b></p><p>　　是（2-20）就是通常隱極同步發(fā)電機(jī)的電磁功率表達(dá)式。</p><p>　　雙饋電機(jī)各種工作狀況下的能量關(guān)系和功率關(guān)系</p><p>　　雙饋電機(jī)的穩(wěn)態(tài)分析及穩(wěn)態(tài)功率關(guān)系</p><p>　　1． 轉(zhuǎn)子電壓、電流分析</p><p>　　為了更好地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)

62、計(jì)和工程應(yīng)用，需要揭示交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)控制變量、中間狀態(tài)變量及控制對(duì)象之間的本質(zhì)聯(lián)系，研究控制各變量的構(gòu)成情況。</p><p>　　設(shè) 為基準(zhǔn)相量，設(shè) ，和 分別為定子電流的有功和無(wú)功分量，定、轉(zhuǎn)子均為三相對(duì)稱繞組，則有</p><p><b>　　(2-21)</b></p><p><b>　　從上式得</b><

63、;/p><p>　　(2-22) </p><p>　　由式（2-22）可在發(fā)電機(jī)輸出功率已知情況下得定子電流有功、無(wú)功分量，將代入（2-3）得</p><p><b>　　(2-23) </b></p><p><b>　　(2-24) </b></p>

64、<p><b>　　(2-25)</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　從而得到轉(zhuǎn)子電流、電壓的有效值</p><p><b>　　(2-26)</b></p><p><b>　　(2-27) </b>

65、;</p><p>　　將式（2-22）代入式（2-24）和式（2-25）得到轉(zhuǎn)子電流相量、轉(zhuǎn)子電壓相量和控制對(duì)象間的關(guān)系</p><p><b>　　(2-28) </b></p><p><b>　　(2-29) </b></p><p>　　2.功率分析及其關(guān)系</p><

66、;p>　　由式（2-21）可求、，而、為</p><p>　　, (2-32) </p><p>　　由式（2-3）之轉(zhuǎn)子電壓方程得</p><p><b>　　(2-33)</b></p><p><b>　　將式整理代入上式有</b></p><

67、p><b>　　(2-34) </b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(2-35)</b></p><p>　　從式（2-15）得到</p><p><b>　　(2-36)</b></p>&l

68、t;p>　　記，，、分別為定、轉(zhuǎn)子銅耗。記，，，、和分別為定、轉(zhuǎn)子漏抗和勵(lì)磁電抗消耗的無(wú)功功率。從而式（2-36）可改寫(xiě)為</p><p>　　(2-37) </p><p>　　式（2-37）表示雙饋電機(jī)定、轉(zhuǎn)子有功功率和無(wú)功功率關(guān)系，下面討論折算前、后有功功率和無(wú)功功率的變化情況。等效電路中轉(zhuǎn)子各量是經(jīng)過(guò)繞組折算和頻率折算的，因此轉(zhuǎn)子側(cè)的功率也是折算后的。兩種折算對(duì)有功功率

69、和無(wú)功功率的影響是不同的，繞組折算對(duì)功率無(wú)影響，即折算前、后有功功率和無(wú)功功率守衡；而頻率折算對(duì)有功功率和無(wú)功功率的影響是不同的。有功功率和頻率無(wú)關(guān)，頻率折算前、后有功功率守衡；無(wú)功功率和頻率有關(guān)，頻率折算前后無(wú)功功率是不守衡的。頻率折算后為折算前的1/s 倍，記折算后轉(zhuǎn)子的無(wú)功功率和轉(zhuǎn)子漏抗消耗的無(wú)功功率分別為、 ，則有</p><p>　　， (2-38)</p><

70、p>　　式（2-38）就是折算后轉(zhuǎn)子的無(wú)功功率和轉(zhuǎn)子漏抗消耗的無(wú)功功率。</p><p>　　雙饋電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與額定功率</p><p>　　把定子電壓方程乘以，可得</p><p>　　。。。。。Im=I2</p><p>　　= (2-39)</p><p><b>　　由于，故

71、上式可寫(xiě)成</b></p><p><b>　　(2-40)</b></p><p>　　記為電磁功率，為定子邊功率因數(shù)，取上式實(shí)部，定子功率方程為</p><p><b>　　(2-41) </b></p><p>　　轉(zhuǎn)子電路實(shí)際頻率為，故其電壓</p><p&

72、gt;<b>　　(2-42)</b></p><p><b>　　把上式乘以，可得</b></p><p><b>　　(2-43)</b></p><p>　　記為轉(zhuǎn)子繞組傳遞的電功率，取上式實(shí)部，得</p><p><b>　　(2-44)</b>&

73、lt;/p><p><b>　　(2-45) </b></p><p>　　從式（2-45）不難看出</p><p><b>　　(2-46)</b></p><p>　　即轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)換或傳遞的電功率為電磁功率乘上轉(zhuǎn)差率s。對(duì)于發(fā)電機(jī)，>0，故當(dāng)轉(zhuǎn)差率s<0時(shí)，<0，此時(shí)轉(zhuǎn)子向變頻電源

74、輸出電功率；當(dāng)轉(zhuǎn)差率s>0時(shí)，>0，此時(shí)轉(zhuǎn)子從變頻電源輸入電功率；</p><p>　　對(duì)于發(fā)電機(jī)，若軸上輸入的機(jī)械功率為，根據(jù)能量守恒原理，有</p><p><b>　　(2-47)</b></p><p><b>　　(2-48)</b></p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)差率s<0時(shí)

75、，轉(zhuǎn)子輸入的機(jī)械功率大部分將轉(zhuǎn)化成電磁功率由定子輸出，小部分轉(zhuǎn)化成電功率由轉(zhuǎn)子輸出，相應(yīng)的功率圖如圖2-10，當(dāng)轉(zhuǎn)差率s>0 時(shí)，此時(shí)定子的電功率大部分由轉(zhuǎn)子機(jī)械功率轉(zhuǎn)化而來(lái)，小部分則是由轉(zhuǎn)子輸入的電功率傳遞而來(lái)，相應(yīng)的功率如圖2-4、2-5所示</p><p>　　雙饋電機(jī)在亞同步運(yùn)行時(shí)，即s>0時(shí)，電網(wǎng)向轉(zhuǎn)子饋入電能，發(fā)電機(jī)總的輸出功率等于定子繞組輸出功率與轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁功率之差；超同步運(yùn)行時(shí)，即s

76、<0時(shí)轉(zhuǎn)子繞組向外輸出功率，發(fā)電機(jī)總的輸出功率風(fēng)雨定子繞組輸出功率與轉(zhuǎn)子繞組輸出功率之和；同步運(yùn)行時(shí)，即s=0時(shí)，發(fā)電機(jī)總的輸出功率為定子輸出功率。交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組功率分配如圖2-6所示。</p><p>　　因此，雙饋電機(jī)的額定功率與一般發(fā)電機(jī)不同。它有兩個(gè)不同概念下的出力。一是定子側(cè)的出力；二是定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)總的出力。前者相當(dāng)于</p><p>　　同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)雙饋

77、發(fā)電機(jī)的出力，它往往受到定子繞組熱容量的限制；而后者才是雙饋發(fā)電機(jī)的真正出力，因?yàn)樗磻?yīng)了雙饋發(fā)電機(jī)的真正出力，因?yàn)樗磻?yīng)了雙饋發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)際貢獻(xiàn)。這個(gè)出力是由發(fā)電機(jī)的定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)共同提供的。</p><p><b>　　雙饋電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)</b></p><p>　　雙饋電機(jī)是一種新型發(fā)電機(jī)，其電磁設(shè)計(jì)特點(diǎn)與一般異步機(jī)或同步機(jī)有著很大的區(qū)別，對(duì)其運(yùn)行要求有如下

78、主要幾點(diǎn)</p><p>　　1．轉(zhuǎn)子采用交流勵(lì)磁，以方便地實(shí)現(xiàn)變速恒頻；</p><p>　　2．可以靈活地進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。其中，有功功率的調(diào)節(jié)以風(fēng)力機(jī)的特性曲線為依據(jù)，無(wú)功功率可以根據(jù)電網(wǎng)的無(wú)功需求進(jìn)行調(diào)節(jié)；</p><p>　　3．由于風(fēng)速的變化范圍很寬，要求雙饋電機(jī)不僅要高效可靠地運(yùn)行于亞同步速，而且要高效可靠地運(yùn)行于同步速和超同步速；<

79、/p><p>　　4．交流勵(lì)磁雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，負(fù)載為無(wú)窮大電網(wǎng)。它和發(fā)電機(jī)接獨(dú)立負(fù)載不同，其定子電壓恒定，為電網(wǎng)電壓。</p><p>　　基于以上幾點(diǎn)，交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)除了參照一般的交流電機(jī)電磁設(shè)計(jì)方法以外，還應(yīng)該考慮許多自身的特點(diǎn)。本章將根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)基本原則，結(jié)合交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的運(yùn)行原理，分析交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方法的及電磁參數(shù)選取原則，并給出了交流勵(lì)

80、磁雙饋電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)公式，最后參照大型異步電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序，進(jìn)行了典型樣機(jī)電磁方案的設(shè)計(jì)，從而為交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。</p><p><b>　　主要尺寸的確定</b></p><p>　　MW 級(jí)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的極數(shù)通常采用 4 極或 6極，從縮小體積﹑減少材料消耗和降低電機(jī)成本的角度來(lái)說(shuō)，以采用 4 極的居多。電磁負(fù)荷對(duì)電機(jī)的主要尺寸影響很大。當(dāng)采

81、用較高的電磁負(fù)荷時(shí)可以節(jié)省材料消耗，降低電機(jī)成本，縮小電機(jī)體積，但考慮到整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)電機(jī)的溫升和效率，以及轉(zhuǎn)子采用變頻器供電時(shí)電機(jī)的諧波影響，電機(jī)的電磁負(fù)荷不應(yīng)取得過(guò)高。 在電磁負(fù)荷保持恒定時(shí)，由電機(jī)的幾何相似定律可知，電機(jī)的體積及質(zhì)量隨電機(jī)的功率成線性增長(zhǎng)，尺寸以功率的立方根增長(zhǎng)。因此在確定電機(jī)的主要尺寸時(shí)，還要考慮電機(jī)的計(jì)算功率。因此，初選電機(jī)的主要尺寸時(shí)，一般按下面的計(jì)算公式</p><p><b&

82、gt;　　(3-1)</b></p><p>　　其中， 為電勢(shì)系數(shù)，為電機(jī)的額定功率，為電機(jī)的功率因數(shù)，一般按客戶要求給定。</p><p><b>　　電勢(shì)系數(shù)的確定</b></p><p>　　繞繞式異步電機(jī)的電勢(shì) < 、其電勢(shì)系數(shù)小于1 ,但對(duì)于交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)則不同，其電勢(shì)系數(shù)將隨運(yùn)行點(diǎn)的改變而改變 ,并且其值有較大的

83、變化 ,交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的電勢(shì)系數(shù)可根據(jù)交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的基本方程和相量圖推導(dǎo)電勢(shì)系數(shù)的計(jì)算公式。</p><p>　　將定子電流可以寫(xiě)成復(fù)數(shù)形式</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中，為定子電流的有功分量，為定子電流的無(wú)功分量。</p><p>　　聯(lián)立式（3-2）和式（2-3）中的第

84、一個(gè)方程可以得到感應(yīng)電勢(shì)的計(jì)算表達(dá)式 </p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　在電勢(shì)系數(shù)的疊代計(jì)算中，電勢(shì)系數(shù)的初始假設(shè)值的范圍應(yīng)符合發(fā)電機(jī)慣例，在 1.05～1.15 左右。在工程計(jì)算中，常采用近似公式，將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù)計(jì)算式應(yīng)用到發(fā)電機(jī)計(jì)算中，便有</p><p><b>　　(3-4)<

85、/b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><b>　　式中為電勢(shì)系數(shù)。</b></p><p>　　有功功率和無(wú)功功率計(jì)算</p><p>　　有功功率的核算一般是按給定的有功功率進(jìn)行或是按以保證定子額定輸出為原則。有功功率的給定值通常是根據(jù)風(fēng)力機(jī)的功率特性曲線給

86、出。 在額定風(fēng)速以下， 為獲得最多的能量，以最大風(fēng)能捕獲為原則；在額定風(fēng)速以上，以額定輸出為原則。有功功率的校核通過(guò)定子電流的有功分量的疊代計(jì)算進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算流程如圖3-1。其中，定轉(zhuǎn)子有功功率和系統(tǒng)有功功率及相關(guān)的計(jì)算公式可由交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的電壓方程和電流方程（2-3）導(dǎo)出，即公式（式 3-6~3-13） </p><p><b>　　(3-6)</b></p><

87、;p><b>　　(3-7) </b></p><p><b>　　(3-8)</b></p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p><b>　　(3-11) </

88、b></p><p><b>　　(3-12)</b></p><p><b>　　(3-13)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　， X2 (3-14)</p><p>　　為定轉(zhuǎn)子有功功

89、率之和，在同步轉(zhuǎn)速以下，定子發(fā)出有功功率（），轉(zhuǎn)子吸收有功功率（）；在同步轉(zhuǎn)速以上，定子發(fā)出有功功率（），轉(zhuǎn)子發(fā)出有功功率（）。</p><p>　　額定勵(lì)磁電壓、額定勵(lì)磁電流和額定勵(lì)磁容量的計(jì)算</p><p>　　額定勵(lì)磁電壓為交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組所需加的電壓通過(guò)改變轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓相量的幅值和相位，可以靈活地調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率。根據(jù)前面導(dǎo)出的計(jì)算公式

90、(2-26、2-27),轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的計(jì)算公式為</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　(3-16)</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　記、、分別為定子繞組相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)和繞組系數(shù)

91、；、、分別為繞組相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)和繞組系數(shù)。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的實(shí)際值分別為</p><p><b>　　(3-17) </b></p><p><b>　　(3-18)</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子

92、接勵(lì)磁變頻器，其勵(lì)磁容量的大小直接關(guān)系到整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本，因此轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變頻器的容量計(jì)算至關(guān)重要。 </p><p>　　由交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的功率平衡關(guān)系可知：</p><p><b>　　(3-19)</b></p><p><b>　　(3-20) </b></p><p>　　其中，,分

93、別為定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗；,,分別為定、轉(zhuǎn)子漏抗以及勵(lì)磁電抗消耗的無(wú)功功率。它們的計(jì)算公式為</p><p><b>　　(3-21)</b></p><p><b>　　(3-22)</b></p><p><b>　　(3-23)</b></p><p><b>　　

94、(3-24)</b></p><p><b>　　(3-25)</b></p><p>　　則轉(zhuǎn)子變頻器的勵(lì)磁容量的計(jì)算公式為</p><p><b>　　(3-26)</b></p><p><b>　　穩(wěn)態(tài)短路電流的計(jì)算</b></p><p

95、>　　當(dāng)交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路時(shí) ,其穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的等效電路如圖3-2 所示 ,利用該等效電路就可算出交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)短路電流。但在圖3-2 的等效電路中 ,因激勵(lì)支路的阻抗遠(yuǎn)大于定子漏阻抗 ,為簡(jiǎn)化可取掉激磁支路 ,而得到交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路，如圖3-3 ,進(jìn)而可得定子穩(wěn)態(tài)三相短路電流</p><p>　　圖3-2交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的等效電路</p>&l

96、t;p>　　圖3-3 交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的簡(jiǎn)化等效電路</p><p><b>　　(3-27)</b></p><p><b>　　電壓調(diào)整率的計(jì)算</b></p><p>　　交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率定義應(yīng)和傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率定義相同,它是在保持勵(lì)磁電壓和轉(zhuǎn)速不變 ,發(fā)電機(jī)從額定負(fù)載到空載時(shí) ,

97、空載電壓與額定電壓之差占額定電壓的百分比</p><p><b>　　(3-28)</b></p><p>　　空載時(shí)由于 ,定子電壓也就等于電勢(shì)，因此 ,計(jì)算發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整率 ,只需計(jì)算出感應(yīng)電勢(shì)即可 ,也即在保持額定勵(lì)磁電壓不變的情況下計(jì)算發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì) ,傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流在勵(lì)磁電壓一定時(shí) ,是恒定不變的 ,但對(duì)于交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) ,由于勵(lì)磁電壓和轉(zhuǎn)子方的感

98、應(yīng)電勢(shì)都將影響轉(zhuǎn)子電流 ,因此在電壓調(diào)整率的計(jì)算中必須考慮從額定負(fù)載到空載時(shí) ,轉(zhuǎn)子電流變化的影響 ,交流勵(lì)磁雙饋電機(jī)的空載向量圖如圖3-4。根據(jù)交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)磁勢(shì)平衡關(guān)系式可知 ,其定、轉(zhuǎn)子電流與激磁電流必須滿足</p><p><b>　　(3-29)</b></p><p>　　當(dāng)交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)從額定運(yùn)行到空載運(yùn)行時(shí) ,隨著定子電流的變化 ,轉(zhuǎn)子回路電流也將

99、隨之改變 ,當(dāng)=0時(shí) , ，將不等于額定運(yùn)行時(shí)的激勵(lì)電流 ,它將隨著定子電流的減小而增大。由于主磁路的非線性 ,不能求出的解析表達(dá) ,可采用迭代法求解 ,具體求解過(guò)程的步驟如下</p><p>　　(1) 假設(shè)空載時(shí)的轉(zhuǎn)子電流;</p><p>　　(2) 根據(jù)所假設(shè)的轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行磁路計(jì)算 ,得到氣隙磁通;</p><p>　　(3) 利用磁通計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì);&l

100、t;/p><p>　　(4) 由轉(zhuǎn)子電勢(shì)平衡方程式計(jì)算轉(zhuǎn)子電流;</p><p>　　(5) 比較第 (1) 、第 (4) 步的兩個(gè)轉(zhuǎn)子電流 ,如果相等 ,則用第(3) 步計(jì)算的電勢(shì)值計(jì)算交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率;如果不等 ,則修正轉(zhuǎn)子電流重復(fù) (2)～(5) 步 ,直到相等為止。</p><p><b>　　典型樣機(jī)方案設(shè)計(jì)</b></p

101、><p><b>　　一、基本數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　（一）額定數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　[1] 額定電壓 </b></p><p>　　[2] 功率 =1520kW</p><p>　　[3] 轉(zhuǎn)速 (1000~2000r

102、/min)</p><p>　　[4] 額定轉(zhuǎn)差率 </p><p>　　[5] 極對(duì)數(shù)P=2</p><p><b>　　[6] 額定頻率 </b></p><p>　　[7] 額定功率因數(shù) cosphiN</p><p><b>　　[8] 額定效率 </b></

103、p><p>　　[9] 額定最大電流 </p><p>　　[10] 電壓調(diào)整率 </p><p>　　[11] 轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓 </p><p>　　[12] 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 </p><p><b>　　[13] 噪聲 </b></p><p>　　[14] 工作溫度 -40℃~+

104、55℃</p><p>　　（二）定轉(zhuǎn)子鐵心主要尺寸</p><p>　　[15] 定子鐵心外徑</p><p>　　[16] 定子鐵心內(nèi)徑</p><p><b>　　[17] 極距</b></p><p>　　[18] 定子每極每相槽數(shù)</p><p><b>

105、;　　[19] 定子槽數(shù)</b></p><p>　　[20] 定子齒距Di1</p><p>　　設(shè)計(jì)定子槽型為開(kāi)口槽</p><p><b>　　[21] 定子槽寬</b></p><p><b>　　[22] 定子槽深</b></p><p>　　[23]

106、定子槽口寬</p><p>　　[24] 定子槽口高</p><p>　　作定子槽型圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 定子槽型圖</p><p><b>　　[25] 轉(zhuǎn)子外徑</b></p><p>　　[26] 轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 </p><p>　　[27]

107、 轉(zhuǎn)子每極每相槽數(shù)</p><p><b>　　[28] 轉(zhuǎn)子槽數(shù)</b></p><p><b>　　[29] 轉(zhuǎn)子齒距</b></p><p>　　設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子槽型為開(kāi)口槽</p><p><b>　　[30] 轉(zhuǎn)子槽寬</b></p><p><

108、b>　　[31] 轉(zhuǎn)子槽深</b></p><p>　　[32] 轉(zhuǎn)子槽口寬</p><p>　　[33] 轉(zhuǎn)子槽口高</p><p>　　作定子槽型圖如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 轉(zhuǎn)子槽型圖</p><p><b>　　[34] 氣隙長(zhǎng)</b></p&g

109、t;<p>　　[35] 定子徑向通風(fēng)溝數(shù)</p><p>　　[36] 定子徑向通風(fēng)溝寬</p><p>　　[37] 轉(zhuǎn)子徑向通風(fēng)溝數(shù)</p><p>　　[38] 轉(zhuǎn)子徑向通風(fēng)溝寬</p><p>　　[39] 鐵心平均長(zhǎng)</p><p>　　[40] 定子鐵心總長(zhǎng)</p><p

110、>　　[41] 轉(zhuǎn)子鐵心總長(zhǎng)</p><p>　　[42] 定子鐵心鐵長(zhǎng)</p><p>　　[43] 轉(zhuǎn)子鐵心鐵長(zhǎng)</p><p>　　[44] 轉(zhuǎn)子沿軛高方向的軸向通風(fēng)排數(shù)</p><p>　　[45] 轉(zhuǎn)子軸向通風(fēng)孔直徑</p><p>　　[46] 轉(zhuǎn)子軸向通風(fēng)孔每排上的孔數(shù)</p><

111、;p><b>　　(三)定子繞組數(shù)據(jù)</b></p><p>　　[47] 設(shè)計(jì)定子繞組PN=P1’-P2’ P2’=sP1’</p><p>　　定子繞組接，雙層疊繞</p><p>　　定子電流初步估計(jì)值*1000</p><p>　　每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)（A線負(fù)荷）</p><p>&l

112、t;b>　　每槽導(dǎo)體數(shù)</b></p><p>　　[48] 每相并聯(lián)支路數(shù)</p><p>　　[49] 每槽有效導(dǎo)體數(shù)</p><p><b>　　則每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)</b></p><p>　　[50] 每線圈匝數(shù)</p><p>　　[51] 每相每支路串聯(lián)匝數(shù)</p

113、><p><b>　　[52] 繞組線規(guī)</b></p><p>　　[53] 每根導(dǎo)體截面積</p><p>　　[54] 每支路導(dǎo)體截面積</p><p><b>　　[55] 繞組節(jié)距</b></p><p>　　[56] 繞組節(jié)距比</p><p>

114、;　　[57] 繞組短距系數(shù)</p><p><b>　　0.9659</b></p><p>　　[58] 繞組分布系數(shù)</p><p>　　[59] 定子繞組系數(shù)結(jié)果有錯(cuò)</p><p>　　最后設(shè)計(jì)定子槽數(shù)，每極每相槽數(shù)， 定子繞組短距，節(jié)距， 定子繞組展開(kāi)圖如圖3-7，定子繞組連線方式如圖3-8。</p&g

115、t;<p><b>　?。ㄋ模┺D(zhuǎn)子繞組數(shù)據(jù)</b></p><p>　　[60] 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)繞組</p><p>　　轉(zhuǎn)子繞組Y接，雙層疊繞</p><p>　　每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)結(jié)果有錯(cuò)</p><p><b>　　每槽導(dǎo)體數(shù)64</b></p><p>　　圖3-7

116、定子繞組展開(kāi)圖（A相，Q=72,2P=4）</p><p>　　圖3-8轉(zhuǎn)子繞組連線（A相）圖</p><p>　　[61] 每相并聯(lián)支路數(shù)</p><p>　　[61] 每槽有效導(dǎo)體數(shù)</p><p><b>　　則每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)</b></p><p>　　[63] 每線圈匝數(shù)</p&g

117、t;<p>　　[64] 每相每支路串聯(lián)匝數(shù)</p><p><b>　　[65] 繞組線規(guī)</b></p><p>　　[66] 每根導(dǎo)線截面積</p><p>　　[67] 每支路導(dǎo)體截面積</p><p><b>　　[68] 繞組節(jié)距</b></p><p&

118、gt;　　[69] 繞組節(jié)距比</p><p>　　[70] 繞組短距系數(shù)</p><p><b>　　0.9659</b></p><p>　　[71] 繞組分布系數(shù)</p><p><b>　　0.9567</b></p><p>　　[72] 轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)</p&

119、gt;<p>　　圖3-9轉(zhuǎn)子繞組連線（A相）圖</p><p>　　最后設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子槽數(shù)，每極每相槽數(shù)， 轉(zhuǎn)子繞組短距，節(jié)距， 轉(zhuǎn)子繞組展開(kāi)圖可參考定子繞組展開(kāi)圖，限于篇幅，這里不再另畫(huà)展開(kāi)圖，轉(zhuǎn)子繞組連線方式如圖3-9所示。</p><p><b>　　二、磁路計(jì)算</b></p><p>　?。ㄒ唬┐怕犯鞑糠殖叽?lt;/p&g

120、t;<p>　　[73] 氣隙有效長(zhǎng)</p><p>　　[74] 鐵心有效長(zhǎng)bv溝寬</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　[75] 每極下氣隙面積（為什么變成厘米單位？）</p><p>　　[76] 定子1/3高處齒寬</p><p>　　[77] 定子

121、1/2高處齒寬</p><p>　　[78] 每極定子齒截面積</p><p>　　[79] 定子齒磁路長(zhǎng)</p><p><b>　　[80] 定子軛高</b></p><p>　　[81] 定子軛截面積</p><p>　　[82] 定子軛磁路長(zhǎng)</p><p>　　[

122、83] 轉(zhuǎn)子2/3高處齒寬（+改成-號(hào)）</p><p>　　[84] 每極轉(zhuǎn)子截面積</p><p>　　[85] 轉(zhuǎn)子齒磁路長(zhǎng)</p><p>　　[86] 轉(zhuǎn)子軛高.(p37公式對(duì)不上,去掉5/6；結(jié)果有問(wèn)題)</p><p>　　[87] 轉(zhuǎn)子軛截面積（錯(cuò)）</p><p>　　[88] 轉(zhuǎn)子軛磁路長(zhǎng)（錯(cuò)）&l