半岛体育app爱问共享资料风力发电用的发电机及风力发电系统文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累计超一个亿 ，风力发电讲座风能是我国目前开发利用比较成熟的一种新能源风电事业正在我国蓬勃发展为了帮助读者了解风力发电知识我们请长期从事风力发电研究工作的中国科学院电工研究所倪受元研究员撰写了《风力发电》讲座以飨读者编者第三讲风力发电用的发电机及风力发电系统倪受元对发电机及发电系统的一般要求风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到电能两个能量转换过程发电机及其控制系统承担了后一种能量转换任务它不仅直接影响这个转换过程的性能效率和供电质量而且也影响到前一个转换过程的运行方式效率和装置结构因此研制和选用适合于风电转换用的运行可靠效率高控制及供电...

　　风力发电讲座风能是我国目前开发利用比较成熟的一种新能源风电事业正在我国蓬勃发展为了帮助读者了解风力发电知识我们请长期从事风力发电研究工作的中国科学院电工研究所倪受元研究员撰写了《风力发电》讲座以飨读者编者第三讲风力发电用的发电机及风力发电系统倪受元对发电机及发电系统的一般要求风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到电能两个能量转换过程发电机及其控制系统承担了后一种能量转换任务它不仅直接影响这个转换过程的性能效率和供电质量而且也影响到前一个转换过程的运行方式效率和装置结构因此研制和选用适合于风电转换用的运行可靠效率高控制及供电性能良好的发电机系统是风力发电工作的一个重要组成部分在考虑发电机系统的方案时应结合它们的运行方式重点解决以下问题高质量地将不断变化的风能转换为频率电压恒定的交流电或电压恒定的直流电高效率地实现上述两种能量转换以降低每度电的成本稳定可靠地同电网柴油发电机及其他发电装置或储能系统联合运行为用户提供稳定的电能恒速恒频发电机系统恒速恒频发电机系统一般来说比较简单所采用的发电机主要有两种即同步发电机和鼠笼型感应发电机前者运行于由电机极数和频率所决定的同步转速后者则以稍高于同步速的转速运行同步发电机风力发电中所用的同步发电机绝大部分是三相同步电机其输出联接到邻近的三相电网或输配电线因为三相电机比起相同额定功率的单相电机来一般体积较小效率较高而且便宜所以只有在功率很小和仅有单相电网的少数情况下才考虑采用单相发电机本文对其概要作一介绍图三相同步发电机结构原理图普通三相同步发电机的原理结构如图所示在定子铁心上有若干槽槽内嵌有均匀分布的在空间彼此相隔电角的三相电枢绕组和转子上装有磁极和励磁绕组当励磁绕组通以直流电流后电机内产生磁场转子被风力机带动旋转则磁场与定子三相绕组之间有相对运动从而在定子三相绕组中感应出三个幅值相同彼此相隔电角的交流电势这个交流电势的频率决定于电机的极对数和转子转速即每相绕组的电势有效值为-式中是励磁电流产生的每极磁通是一个与电机极数和每相绕组匝数有关的常数同步发电机的主要优点是可以向电网或负载提供无功功率一台额定容量功率因数为的同步发电机可以在提供额定有功功率的同时向电网提供-和-之间的任何无功功率值它不仅可以并网运行也可以单独运行满足各种不同负载的需要同步发电机的缺点是它的结构以及控制系统比较复杂成本相对于感应发电机也比较高感应发电机感应发电机也称为异步发电机有鼠笼型和绕线型两种在恒速恒频系统中一般采用鼠笼型异步电机它的定子铁心和定子绕组的结构与同步发电机相同转子采用笼型结构转子铁心由硅钢片叠成呈圆筒形槽中嵌入金属铝或铜0导条在铁心两端用铝或铜端环将导条短接转子不需要外加励磁没有滑环和电刷因而其结构简单坚固基本上无需维护感应电机既可作为电动机运行也可作为发电机运行当作电动机运行时其转速总是低于同步速11这时电机中产生的电磁转矩与转向相同若感应电机由某原动机如风力机驱动至高于同步速的转速1时则电磁转矩的方向与旋转方向相反电机作为发电机运行其作用是把机械功率转变为电功率我们把11称为转差率则作电动机运行时而作发电机运行时感应发电机的功率输出特性曲线如图所示可以看出感应发电机的输出功率与转速有关通常在高于同步转速的转速时达到最大值超过这个转速感应发电机将进入不稳定运行区图感应发电机的输出功率特性感应发电机也可以有两种运行方式即并网运行和单独运行在并网运行时感应发电机一方面向电网输出有功功率另一方面又必须从电网吸收落后的无功功率在单独运行时感应发电机电压的建立需要有一个自励过程自励的条件一个是电机本身存在一定的剩磁另一个是在发电机的定子输出端与负载并联一组适当容量的电容器使发电机的磁化曲线与电容特性曲线交于正常的运行点产生所需的额定电压如图所示图感应发电机单独运行时的自励电路及电压建立过程自励电路电压建立过程图中与磁化曲线不饱和段相切的直线式中为空载时的临界电容在空载时要建立正常电压必使或使也即外接电容必须大于某一临界值增加电容量可使角减小使建立的端电压增高在负载运行时一方面由于转差值00增大要感应发电机的优点维持频率不变必须相应提高转子的速度另一方面还需要补偿负载所需的感性电流一般的负载大多是电感性的以及补偿定子和转子产生漏磁通所需的感性电流因此由外接电容器所产生的电容性电流必须比空载时大大增加也即需要相应地增加其电容值上述两个要求如果不能满足则电压频率将难以稳定严重时会导致电压的消失所以必须有自动调节装置否则负载变化时很难避免端电压及频率的变化感应发电机与同步发电机的比较如表所示表感应发电机与同步发电机的比较项目感应发电机同步发电机结构定子与同步发电机相同转子为鼠笼型结构简单牢固转子上有励磁绕组和阻尼绕组结构较复杂励磁由电网取得励磁电流不需要励磁装置及励磁调节装置需要励磁装置及励磁调节装置尺寸及重量无励磁装置尺寸较小重量较轻有励磁装置尺寸较大重量较重并网强制并网不需要同步装置需要同步合闸装置稳定性无失步现象运行时只需适当限制负荷负载急剧变化时有可能失步维护检修定子的维护与同步机相同转子基本上不需要维护除定子外励磁绕组及励磁调节装置需要维护感应发电机的缺点项目感应发电机同步发电机功率因数功率因数由输出功率决定不能调节由于需要电网供给励磁的无功电流导致功率因数下降功率因数可以很容易地通过励磁调节装置予以调整既可以在滞后的功率因数下运行也可以在超前的功率因数下运行冲击电流强制并网冲击电流大有时需要采取限流措施由于有同步装置并网时冲击电流很小单独运行及电压调节单独运行时电压频率调节比较复杂单独运行时可以很方便地调节电压变速恒频发电机系统这是世纪年代中期以后逐渐发展起来的一种新型风力发电系统其主要优点在于风轮以变速运行可以在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比从而提高了风力机的运行效率从风中获取的能量可以比恒速风力机高得多此外这种风

　　力机在结构上和实用中还有很多的优越性利用电力电子学是实现变速运行最佳化的最好方法之一虽然与恒速恒频系统相比可能使风电转换装置的电气部分变得较为复杂和昂贵但电气部分的成本在中大型风力发电机组中所占比例不大因而发展中大型变速恒频风电机组受到很多国家的重视变速运行的风力发电机有不连续变速和连续变速两大类下面分别作一概要介绍不连续变速系统一般说来利用不连续变速发电机可以获得连续变速运行的某些好处但不是全部好处主要效果是比以单一转速运行的风电机组有较高的年发电量因为它能在一定的风速范围内运行于最佳叶尖速比附近但它面对风速的快速变化湍流实际上只是一台单速风力机因此不能期望它像连续变速系统那样有效地获取变化的风能更重要的是它不能利用转子的惯性来吸收峰值转矩所以这种方法不能改善风力机的疲劳寿命下面介绍不连续变速运行方式常用的几种方法采用多台不同转速的发电机通常是采用两台转速功率不同的感应发电机在某一时间内只有一台被联接到电网传动机构的设计使发电机在两种风轮转速下运行在稍高于各自的同步转速双绕组双速感应发电机这种电机有两个定子绕组嵌在相同的定子铁心槽内在某一时间内仅有一个绕组在工作转子仍是通常的鼠笼型电机有两种转速分别决定于两个绕组的极数比起单速机来这种发电机要重一些效率也稍低一些因为总有一个绕组未被利用导致损耗相对增大它的价格当然也比通常的单速电机贵双速极幅调制感应发电机这种感应发电机只有一个定子绕组转子同前但可以有两种不同的运行速度只是绕组的设计不同于普通单速发电机它的每相绕组由匝数相同的两部分组成对于一种转速是并联对于另一种转速是串联从而使磁场在两种情况下有不同的极数导致两种不同的运行速度这种电机定子绕组有六个接线端子通过开关控制不同的接法即可得到不同的转速双速单绕组极幅调制感应发电机可以得到与双绕组双速发电机基本相同的性能但重量轻体积小因而造价也较低它的效率与单速发电机大致相同缺点是电机的旋转磁场不是理想的正弦形因此产生的电流中有不需要的谐波分量连续变速系统连续变速系统可以通过多种方法来得到包括机械方法电机械方法电气方法及电力电子学方法等机械方法如采用变速比液压传动或可变传动比机械传动电机械方法如采用定子可旋转的感应发电机电气式变速系统如采用高滑差感应发电机或双定子感应发电机等这些方法虽然可以得到连续的变速运行但都存在这样或那样的缺点和问题在实际应用中难以推广目前看来最有前景的当属电力电子学方法这种变速发电系统主要由两部分组成即发电机和电力电子变换装置发电机可以是市场上已有的通常电机如同步发电机鼠笼型感应发电机绕线型感应发电机等也有近来研制的新型发电机如磁场调制发电机无刷双馈发电机等电子电子变换装置有交流直流交流变换器和交流交流变换器等下面结合发电机和电力电子变换装置介绍三种连续变速的发电系统同步发电机交流直流交流系统其中同步发电机可随风轮变速旋转产生频率变化的电功率电压可通过调节电机的励磁电流来进行控制发电机发出的频率变化的交流电首先通过三相桥式整流器整流成直流电再通过线路换向的逆变器变换为频率恒定的交流电输入电网变换器中所用的电力电子器件可以是二极管晶闸管可关断晶闸管-功率晶体管和绝缘栅双极型晶体管等除二极管只能用于整流电路外其他器件都能用于双向变换即由交流变换成直流时它们起整流器作用而由直流变换成交流时它们起逆变器作用在设计变换器时最重要的考虑是换向换向是一组功率半导体器件从导通状态关断而另一组器件从关断状态导通在变速系统中可以有两种换向即自然换向又称线路换向和强迫换向当变换器与交流电网相联在换向时刻利用电网电压反向加在导通的半导体器件两端使其关断这种换向称为自然换向或线路换向而强迫换向则需要附加换向器件如电容器等利用电容器上的充电电荷按极性反向加在半导体器件上强迫其关断这种强迫换向逆变器常用于独立运行系统而线路换向逆变器则用于与电网或其他发电设备并联运行的系统一般说来采用线路换向的逆变器比较简单便宜开关这些变换器中的半导体器件通常有两种方式矩形波方式和脉宽调制012方式在矩形波变换器中开关器件的导通时间为所需频率的半个周期或不到半个周期由此产生的交流电压波形呈阶梯形而不是正弦形含有较大的谐波分量必须滤掉脉宽调制法是利用高频三角波和基准正弦波的交点来控制半导体器件的开关时刻如图3所示这种开关方法的优点是得到的输出波形中谐波含量小且处于较高的频率比较容易滤掉因而能使谐波的影响降到很小已成为越来越常见的半导体器件开关控制方法图脉宽调制原理这种由同步发电机和交流直流交流变换器组成的变速恒频发电系统的缺点是电力电子变换器处于系统的主回路因此容量较大价格也较贵磁场调制发电机系统这种变速恒频发电系统由一台专门设计的高频交流发电机和一套电力电子变换电路组成图示出磁场调制发电机单相输出系统的原理方框图及各部分的输出电压波形发电机本身具有较高的旋转频率4与普通同步电机不同的是它不用直流电励磁而是用频率为5的低频交流电励磁5即为所要求的输出频率一般为6赫兹当频率5远低于频率4时发电机三个相绕组的输出电压波形将是由频率为45和45的两个分量组成的调幅波图中波形7这个调幅波的包络线包络线所包含的高频波的频率是4将三个相绕组接到一组并联桥式整流器得到如图中波形8所示的基本频率为5带有频率为94的若干纹波的全波整流正弦脉动波再通过晶闸管开关电路使这个正弦脉动波的一半反向得到图中的波形最后经滤波器滤去纹波即可得到与发电机转速无关频率为5的恒频正弦波输出波形与前面的交流直流交流系统相比磁场调制发电机系统的优点是第一由于经桥式整流器后得到的是正弦脉动波输入晶闸管开关电路后基本上是在波形过零点时开关换向因而换向简单容易换向损耗小系统效率较高第二晶闸管开关电路输出波形中谐波分量很小且谐波频率很高很易滤去可以得到相当好的正弦输出波形第三磁场调制发电机系统的输出频率在原理上与励磁电流频率相同因而这种变速恒频风力发电机组与电网或柴油发电机图磁场调制发电机

　　单相输出系统方框图及各部分输出电压波形组并联运行十分简单可靠这种发电机系统的主要缺点与交直交系统类似即电力电子变换装置处在主电路中因而容量较大比较适合用于容量从数十千瓦到数百千瓦的中小型风电系统双馈发电机系统双馈发电机的结构类似绕线型感应电机其定子绕组直接接入电网转子绕组由一台频率电压可调的低频电源一般采用交交循环变流器供给三相低频励磁电流图给出这种系统的原理方框图当转子绕组通过三相低频电流时在转子中形成一个低速旋转磁场这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加使其等于定子的同步转速即从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压当风速变化时转速随之而变化在变化的同时相应改变转子电流的频率和旋转磁场的速度以补偿电机转速的变化保持输出频率恒定不变图双馈发电机系统系统中所采用的循环变流器是将一种频率变换成另一种较低频率的电力变换装置半导体开关器件采用线路换向为了获得较好的输出电压和电流波形输出频率一般不超过输入频率的三分之一由于电力变换装置处在发电机的转子回路励磁回路其容量一般不超过发电机额定功率的这种系统中的发电机可以超同步运行转子旋转磁场方向与机械旋转方向相反为负也可以次同步速运行转子旋转磁场方向与机械旋转方向相同为正在前一种情况下除定子向电网馈送电力外转子也向电网馈送一部分电力在后一种情况下则在定子向电网馈送电力的同时需要向转子馈入部分电力上述系统由于发电机与传统的绕线式感应电机类似一般具有电刷和滑环需要一定的维护和检修目前正在研究一种新型的无刷双馈发电机它采用双极定子和嵌套耦合的笼型转子这种电机转子类似鼠笼型转子定子类似单绕组双速感应电机的定子有个出线端其中个直接与三相电网相联其余个则通过电力变换装置与电网相联前个端子输出的电力其频率与电网频率一样后三个端子输入或输出的电力其频率相当于转差频率必须通过电力变换装置交交循环变流器变换成与电网相同的频率和电压后再联入电网这种发电机系统除具有普通双馈发电机系统的优点外还有一个很大的优点就是电机结构简单可靠由于没有电刷和滑环基本上不需要维护双馈发电机系统由于电力电子变换装置容量较小很适合用于大型变速恒频风电系统小型直流发电系统直流发电系统大都用于千瓦以下的微小型风力发电装置与蓄电池储能配合使用虽然直流发电机可直接产生直流电但由于直流电机结构复杂价格贵而且由于带有整流子和电刷需要的维护也多不适于风力发电机的运行环境所以在这种系统中所用的电机主要是交流永磁发电机和无刷自励发电机经整流器整流后输出直流电交流永磁发电机交流永磁电机的定子结构与一般同步电机相同转子采用永磁结构由于没有励磁绕组不消耗励磁功率因而有较高的效率永磁电机转子结构的具体形式很多按磁路结构的磁化方向基本上可分为径向式切向式和轴向式三种类型采用永磁发电机的微小型风力发电机组常省去增速齿轮箱发电机直接与风力机相连在这种低速永磁电机中定子铁耗和机械损耗相对较小而定子绕组铜耗所占比例较大为了提高电机效率主要应降低定子铜耗因此采用较大的定子槽面积和较大的绕组导体截面额定电流密度取得较低以色列太阳热水器法规介绍以色列的太阳热水器法规由热水器国家标准和太阳热水器应用中的一些法律规则所组成其中设计与建筑法要求在新起建筑物上安装太阳热水器这是一项以色列最重要的法规土地法则涉及到现有建筑物上太阳热水器的安装商品监督与服务法要求太阳热水器安装质量及保证以色列是目前世界上唯一要求从事太阳能行业的能源经理们接受法律教育的国家太阳热水器标准以色列太阳能标准是太阳热水器的法规的基础在以色列太阳集热器的尺寸不是以平方米来标定而是以输出的千卡或千焦耳热量单位来表示因此太阳集热器的尺寸被表示为太阳集热器日能量热输出单位为其中为以色列倾斜面上太阳标准辐射量-0·12为集热器净面积02为在标准点上的太阳集热器效率31设计与建筑法规定自年起在新的建筑物包括居民楼旅馆和院校用安装太阳热水器提供热水但对工业车库医院米以上的高层建筑没有规定1太阳热水器装置水箱的容积对4-居室不能小于5升再大单元不小于5升一居室不小于65升装置安装位置不要太醒目要与整个建筑物协调土地法该法律适用于现有多层公寓建筑根据此法律可以在多层公寓的公用屋顶上安装太阳热水器但太阳热水器及其管道的安装应当减少对建筑物的外观损坏商品监督和服务法根据该法律自-年起授权政府监督太阳能装置的质量主要条款是依据现行的以色列标准每台热水器均应标定太阳集热器储水箱和安装应保修自收到消费者请求天内提供维修服务天内必须完成不能改变太阳热水器保修最低期限是储水箱不包括电加热1年集热器年电加热器年管路含保温1年装置运行年产委会1起动阻力矩是用于微小型风电装置的低速永磁发电机的重要指标之一它直接影响风力机的起动性能和低速运行性能为了降低切向式永磁发电机的起动阻力矩必须选择合适的齿数极数配合采用每极分数槽设计分数槽的分母值越大气隙磁导随转子位置越趋均匀起动阻力矩也就越小永磁发电机的运行性能是不能通过其本身来进行调节的为了调节其输出功率必须另加输出控制电路但这往往与对微小型风电装置的简单和经济性要求相矛盾实际使用时应综合考虑无刷爪极自励发电机无刷爪极自励发电机与一般同步电机的区别仅在于它的励磁系统部分其定子铁心及电枢绕组与一般同步电机基本相同由于爪极发电机的磁路系统是一种并联磁路结构所有各对极的磁势均来自一套共同的励磁绕组因此与一般同步发电机相比励磁绕组所用的材料较省所需的励磁功率也较小对于一台极电机在每极磁通及磁路磁密相同的条件下爪极电机励磁绕组所需的铜线及其所消耗的励磁功率将不到一般同步电机的一半故具有较高的效率另外无刷爪极电机与永磁电机一样均系无刷结构基本上不需要维护与永磁发电机相比无刷爪极发电机除了机械摩擦力矩外基本上没有什么起动阻力矩另一个优点是具有很好的调节性能通过调节励磁可以很方便地控制它的输出特性并有可能使风力机实现最佳叶尖速比运行得到最好的运行效率这种发电机非常适合用于千瓦级的风力发电装置中

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