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永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的原理和前景
我國風(fēng)能資源非常豐富,可開發(fā)的風(fēng)能潛力巨大。根據(jù)相關(guān)資料顯示,我國陸地風(fēng)能資源可開發(fā)量大約有23.8億千瓦,海上風(fēng)能資源可開發(fā)量約2億千瓦。我國風(fēng)能資源比較集中,“三北”地區(qū)(華北、東北和西北)以及東南沿海地區(qū)、沿海島嶼潛在風(fēng)能資源開發(fā)量約占全國的80%.風(fēng)能資源與煤炭資源的地理分布具有較高的重合度,與電力負(fù)荷則呈逆向分布。
“十三五”時期,我國風(fēng)力發(fā)電機裝機容量占發(fā)電機總?cè)萘勘壤龑⑦M一步加大,出于電網(wǎng)考慮,風(fēng)力發(fā)電機組必須在“低電壓穿越”保障下“御風(fēng)而行”。根據(jù) 發(fā)改委能源研究所有關(guān)人士透露,2020年陸地風(fēng)電的成本將與煤電持平,之后風(fēng)電將逐步脫離 補貼,“降低成本”也成為風(fēng)電行業(yè)未來發(fā)展面臨的新的“瓶頸”。揚州市引江發(fā)電設(shè)備有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機,實現(xiàn)了發(fā)電機低成本制造,使機組極易實現(xiàn)低電壓穿越,在國內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先水平。
永磁同步風(fēng)力發(fā)電機由于機械損耗小、運行效率高、維護成本低等優(yōu)點成為繼雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組之后的又一重要風(fēng)力發(fā)電機型受到社會廣泛關(guān)注,并逐漸開始投入使用。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機主要由風(fēng)力機、永磁同步發(fā)動機、變頻器和變壓器組成。
(1)基本原理
永磁同步風(fēng)力發(fā)電的基本原理,就是利用風(fēng)力帶動風(fēng)力機葉片旋轉(zhuǎn),拖動永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)發(fā)電。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和籠型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類似,只是所采用的發(fā)電機為永磁式發(fā)電機,轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu),不需外部提供勵磁電源,提高了效率。它的變頻恒速控制是在定子回路中實現(xiàn)的,把永磁同步發(fā)電機的變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻的交流電,實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng),因此變頻器的容量與系統(tǒng)的額定容量相同。
(2)技術(shù)特點
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和更新,由于永磁材料性能和電力電子裝置的改善,永磁同步發(fā)電機已變得越來越具吸引力了。
采用永磁同步發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點:1)永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)不需要勵磁裝置,具有重量輕、效率高、功率因數(shù)高、可靠性好等優(yōu)點;2)變速運行范圍寬,即可超同步運行也可以亞同步運行;3)轉(zhuǎn)子無勵磁繞組,磁極結(jié)構(gòu)簡單、變頻器容量小,可以做成多極電機;4)同步轉(zhuǎn)速降低,使風(fēng)輪機和永磁發(fā)電機可直接耦合,省去了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的齒輪增速箱,減小了發(fā)電機的維護工作并降低噪聲,使直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)。
(3)適用場合
1)在電力供應(yīng)匱乏、交通不便、燃料短缺,但是風(fēng)力資源豐富的地區(qū),可以解決部分用電問題,如為高速公路照明設(shè)備提供電源等;2)在單機容量比較小的風(fēng)場,永磁同步發(fā)電系統(tǒng)能夠并網(wǎng)發(fā)電;3)為農(nóng)村、牧區(qū)、邊防哨所、氣象臺站等偏遠、負(fù)載較輕的用戶,提供電力。



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延長發(fā)電機使用壽命和保證正常工作的重要一環(huán)是什么
磨損和軸承燒蝕,在很大程度上是由于潤滑不良所引起的。加強潤滑系統(tǒng)的檢修與保養(yǎng),是延長設(shè)備使用壽命和保證其正常工作的重要一環(huán)。
柴油發(fā)電機工作時,由于燃料燃燒和運動機件間的摩擦都將產(chǎn)生大量熱量,促使機件受到強烈的熱,溫度升得很高。冷卻系統(tǒng)的任務(wù)就是強制地將零件所吸收的熱量及時散發(fā)出去,以保證其溫度在適當(dāng)范圍內(nèi),從而保證發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)。冷卻水溫度過高,將會造成汽缸和進氣道溫度過高,使進人的新鮮空氣因受熱而膨脹,減少充氣量,使發(fā)動機功率下降,油耗增加。冷卻系統(tǒng)在使用過程中,其常見故障有:水套和散熱器內(nèi)的水垢增加,散熱器破裂漏水,節(jié)溫器失靈以及水泵機件損壞等,這些故障都會降低冷卻系統(tǒng)的工作效能。因此,必須對冷卻系統(tǒng)進行定期維護與檢修。
潤滑系統(tǒng)的任務(wù)是將潔凈的、溫度適當(dāng)?shù)臐櫥停C油)以一定的壓力送至各摩擦表面進行潤滑,使兩個摩擦表面之間形成一定的油膜層以避免干摩擦,減小摩擦阻力,減輕機械磨損,降低功率消耗,從而提高柴油發(fā)電機工作的可靠性和耐久性。潤滑系統(tǒng)的五大作用如下。
①減摩:使兩零件間形成液體摩擦以降低摩擦因數(shù),減少摩擦功,提高機械效率;減少零件磨損,延長使用壽命。
②冷卻:通過潤滑油帶走零件所吸收的部分熱量,使零件溫度不致過高。
③清潔:利用循環(huán)潤滑油沖洗零件表面,帶走因零件磨損形成的金屬屑等臟物。
④密封:利用潤滑油膜,提高汽缸的密封性。
⑤防銹:潤滑油附著于零件表面,可防止零件表面與水分、空氣及燃氣接觸而發(fā)生氧化和銹蝕,以減少腐蝕性磨損。
此外,潤滑油膜還有減輕軸與軸承間和其他零件間沖擊負(fù)荷的作用。
柴油發(fā)電機按機油輸送到運動零件摩擦表面的方式不同,其主要有三種潤滑方式:激濺式潤滑、壓力式潤滑和油霧潤滑。
只有小缸徑單缸柴油發(fā)電機,采用激濺式潤滑而不用機油泵(壓力式潤滑)的。它利用固定在連桿大頭蓋上特制的油勺,在每次旋轉(zhuǎn)中伸人到油底殼油面下,將機油飛濺起來,以潤滑發(fā)動機各摩擦表面。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、消耗功率小、成本低,缺點是潤滑不夠可靠,機油易起泡,消耗量大。
現(xiàn)代多缸柴油發(fā)電機大多采用以壓力循環(huán)潤滑為主、飛濺潤滑和油霧潤滑為輔的復(fù)合潤滑方式。復(fù)合潤滑方式工作可靠,并可使整個潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化。對于承受負(fù)荷較大,相對運動速度較高的摩擦表面,如主軸承、連桿軸承、凸輪軸軸承等機件采用壓力潤滑。它是利用機油泵的壓力,把機油從油底殼經(jīng)油道和油管送到各運動零件的摩擦表面進行潤滑。這種潤滑方式潤滑可靠、效果好,并具有很高的清洗和冷卻作用。對于用壓力送油難以達到、承受負(fù)荷不大和相對運動速度較小的摩擦表面,如汽缸壁、正時齒輪和凸輪表面等處,則用經(jīng)軸承間隙處激濺出來的油滴進行潤滑。對于氣門調(diào)整螺釘球頭、氣門桿頂端與搖臂等處,則利用油霧附著于摩擦表面周圍,積多后滲入摩擦部位進行潤滑。
柴油發(fā)電機的某些輔助裝置(如風(fēng)扇、水泵、啟動機和充電機等),只需定期地向相關(guān)部位加注潤滑脂即可。


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同步發(fā)電機的序分量電抗
同步發(fā)電機的序分量電抗X1、X2、X0
分析同步發(fā)電機不對稱運行的基本方法是對稱分量法。應(yīng)用對稱分量法,可以把發(fā)電機不對稱的三相電壓、電流及其所激勵的磁勢分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量,然后對各個分量分別建立的端點方程式和相序方程式,求解各序分量并研究各序分量分別所產(chǎn)生的效果, ,將它們疊加起來,就得出實際不對稱運行的結(jié)果和影響。實踐證明,在不計飽和時,上述方法所求得的結(jié)果,特別是對于基波分量基本上是正確的。
在不對稱運行時,同步發(fā)電機的空氣隙磁場為一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場,即除了正序旋轉(zhuǎn)磁場以外,尚有負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場。因為它們的旋轉(zhuǎn)方向不同,所以轉(zhuǎn)子回路的反應(yīng)也各不相同;對不同相序的電流,同步電機呈顯的電抗也就有不同的數(shù)值。
當(dāng)同步電機對稱運行時,如前面各章所討論的情形,定子電流為一穩(wěn)定的對稱三相電流,實際上即一組正序分量,它們所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(即正序旋轉(zhuǎn)磁場)和轉(zhuǎn)子之間沒有相對運動,這個磁場并不能在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢,這個電流所遇到的電抗便是同步電抗。故同步電機的正序電抗即系同步電抗,不對稱運行時,負(fù)序電流所產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場以同步速向著和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的方向旋轉(zhuǎn),即該磁場將以兩倍同步速載切轉(zhuǎn)子繞組,將在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)一個兩倍于電源頻率的交變電流。對于負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場而言,轉(zhuǎn)子繞組的作用為一短路繞組,致使負(fù)序電流所遇到的便不再是同步電抗,而是另一個電抗x2,稱它為負(fù)序電抗,其數(shù)值遠較同步電抗為小。
負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子激磁繞組和組尼繞組中所感應(yīng)的兩倍頻率的交變電流,將引起附加的銅損耗;負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場還將在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生渦流,從而引起附加表面損耗。這些損耗都將使轉(zhuǎn)子溫升提高。此外,負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場還將在轉(zhuǎn)子軸和定子機座引起振動。
根據(jù)我國“發(fā)電機運行規(guī)程”規(guī)定:在額定負(fù)載連續(xù)運行時,汽輪發(fā)電機三相電流之差,不得超過額定值的10%,水輪發(fā)電機和同步補償機的三相電流之差,不得超過額定值的20%,同時任一相的電流不得大于額定值。在低于額定負(fù)載連續(xù)運行時,各相電流之差可以大于上面所規(guī)定的數(shù)值,但應(yīng)根據(jù)試驗確定。
當(dāng)零序電流流過定子繞組時,由各相零序電流所產(chǎn)生的三個脈動磁勢,其幅值相等,時間上同相,而三者在空間各相隔120°電角度,因此三相零序基波全成磁勢恰相至抵消,不形成氣隙互磁通,只存在一些漏磁場,數(shù)值一般很小。零電流所遇到的電抗為帶有漏抗性質(zhì)的零序電抗,用代表,較更小。
由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模很大,在正常運行時負(fù)載電流的嚴(yán)重不對稱是不常見的。具有實際意義的不對稱運行情況為故障狀態(tài),如單相接地短路、二相短路和二相接地短路等。



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