电励磁永磁同步风力发电机

电励磁同步风力发电机永磁同步风力发电机0102目录CONTENT优缺点3.1.2电励磁同步风力发电机与永磁同步风力发电机相比，电励磁同步发电机采用传统的直流电线圈可控励磁，可以对发电机电压进行调控，发电电能品质好，功率因数可调，不仅能输出有功功率还能输出无功功率，克服了永磁体励磁可能发生不可逆退磁的问题其缺点在于碳刷集电环以及磁极线圈复杂，需要定期维护，与同功率同转速永磁发电机相比较重2.发电机励磁3.1.2电励磁同步风力发电机

电励磁直驱发电机是在永磁直驱风机发电机的基础上，对原有发电机进行改进，使其满足发电机输出功率的要求，同时使励磁功率最小化，主要对定子与轴承等进行调整；对原有电机的转子进行调整，将永磁体转换为励磁磁极，转子磁极励磁电压为全功率变频器的直流母线电压，磁极线圈结构为多层多排。由于电励磁发电机增加了励磁损耗，在通风冷却方面需进行调整与改进。（1）

功率因数3.1.2电励磁同步风力发电机建议功率因数选取在-0.95~0.9之间由于全功率变频器的存在，风力发电机不需要直接向电网提供或吸收无功功率，为了尽可能提高电机的利用率，功率因数可以选取较大的值同样大小的定子电压、电流下，功率因数为负值时将比功率因数为正值需要的励磁功率小（即同样的励磁功率下能产生更大的电机功率）。在设计电励磁直驱风力发电机时，一般选择容性功率因数（2）额定励磁电压3.1.2电励磁同步风力发电机

额定励磁电压的选取主要考虑的是励磁系统的取电位置。对电励磁直驱风力发电机而言，励磁系统的取电位置主要有两处，一处是在变频器的直流母线侧取电；另一处是在变频器的交流母线侧取电一般2MW风力发电机额定电压为690V，与该电压等级相对应的变流器直流母线侧电压一般在1050V左右，一般要求额定励磁电压Uf≦1000V，但若选择的励磁电压太小，根据公式：3.1.2电励磁同步风力发电机

Rf——励磁绕组电阻ρ——励磁绕组导线电阻率；ω——励磁绕组每极匝数；L——励磁绕组每匝平均长度；A——励磁绕组导线截面积；If——额定励磁电流。

励磁电压较小时，If与ω的乘积较小，If与ω的减小就意味着机组的励磁损耗小，较小的励磁损耗有利于降低温升，提高效率，在满足励磁安匝数需要的前提下，选择较小的If与ω（即Uf）是可行的，一般的电励磁直驱同步风力发电机励磁电压在500~1000V之间。（3）

额定励磁电流同发电机并列运行3.1.2电励磁同步风力发电机对同步发电机而言，当发电机额定功率、额定电压、额定电流及电机主要结构基本确定后，励磁系统需要的励磁安匝数Ff也就基本确定了，根据Ff=If*ω（其中If为额定励磁电流，ω为每极励磁绕组匝数）可知，此时If*ω的乘积是一定的。此时有两种选择，一是选择大电流，少励磁绕组匝数，这种情况下电阻等比例减小，同样用铜量的情况下，总损耗不变；另一个就是选择小电流而增加励磁绕组匝数，此方案由于匝数增加不利于磁极线圈的散热。

电励磁直驱风力发电机励磁电流的选取主要受集电环和通风冷却的限制，通常集电环要求励磁电流小于100A（电流过大时集电环的散热也要受到限制），而通风冷却即希望电流值尽可能小（励磁损耗If2R），也希望励磁绕组匝数尽可能少（利于热量传导），这就要求设计人员设计时在励磁电流和励磁绕组匝数之间找一个平衡点。3.1.2电励磁同步风力发电机3、磁极线圈磁极线圈的两种结构多排多层磁极线圈结构电励磁磁极线圈匝数较多，因此在结构设计方面就有两种方案：一种是选择传统的单排多层磁极线圈结构；另一种是选择多排多层磁极线圈结构。电励磁同步发电机一般采用多排多层磁极线圈3.1.2电励磁同步风力发电机3.1.3永磁同步风力发电机1、总体结构优点：1）永磁同步电机的磁场是永久磁铁产生，避免了励磁电流导致的励磁损耗（铜耗），电机功率因数高，效率也高，更加省电；2）永磁同步变频调速电机参数不受电机极数的限制，便于实现电机直接驱动负载，省去噪声大，故障率高的减速齿轮箱，增加了机械传动系统设计的灵活性；3）从电机本体对比，永磁同步电机与异步电机可靠性相当，但由于永磁同步电机结构的灵活性，便于实现直接驱动负载，省减速箱，传动系统的可靠性大大提高；4）永磁同步电机在低频的时候仍能保持良好的工作状态，低频时的输出力矩较异步电机大，运行时的噪声小，转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升低缺点：最大转矩受永磁体去磁约束、抗震能力差、高转速受限制、功率较小，成本高和起动困难等缺点3.1.3永磁同步风力发电机2、电机励磁永磁体是永磁电机代替传统电机励磁系统的关键部件，同时它也是磁路的组成部分之一。关键技术：1）永磁体材料中含有大量的稀有金属，如果永磁材料用的过多会造成成本的增加，过少又会达不到使用要求，因而兼顾经济性与稳定性是永磁电机设计的重要考核目标之一；2）设计出合理的永磁同步电机散热系统是直驱风机的一个重点与难点问题；3）如何对电机进行防护将是设计成败的关键因素3、电机安装工艺3.1.3永磁同步风力发电机目前，大部分大功率永磁直驱风力发电机，均采用先将永磁体充磁后，再安装到转子上4、永磁同步发电机在风力发电中的应用内转子直驱型永磁同步风力发电机湘电风能有限公司3.1.3永磁同步风力发电机3.1.3永磁同步风力发电机外转子直驱型永磁同步风力发电机金风科技股份有限公司3.1.3永磁同步风力发电机3.1.3永磁同步风力发电机定子：与转子、气隙一起构成磁场通路，嵌放三相绕组，用于切割磁场产生感应电动势。转子：永磁体励磁，由叶轮拖动转子旋转构成旋转磁场。支撑：支撑转子和定子。轴承：电机运行旋转支撑，引导转子轴的旋转，传递扭矩的。定子转子支撑轴承3.1.3永磁同步风力发电机永磁发电机发热部件绕组铁心机械损耗铜耗铁损摩擦损耗其他损耗风摩损耗3.1.4永磁同步风力发电机冷却5、永磁同步风力发电机冷却内转子永磁同步发电机的冷却空-空内式循环冷却器3.1.4永磁同步风力发电机冷却空-空内式循环冷却器外转子永磁同步发电机的冷却3.1.4永磁同步风力发电机冷却国内外地铁发展概况地铁是指在城市中修建的快速、大运量、电力牵引的轨道交通。列车在全封闭的线路上运行,位于中心城区的线路基本设在地下隧道内,中心城区以外的线路一般设在高架桥或地面上。世界地铁发展时间轴如图所示。截至2018年10月,我国已开通地铁的城市有36个,建设中的路线共计242条,规划中的线路数共计76条,运营总里程超过5700km。世界地铁发展时间轴地铁系统的基本设施组成——地下车站车站按线路敷设方式可分为地下车站、地面车站和高架车站,其中地下车站由站厅、站台、设备及管理用房、地面出入口、风道、地面风亭等组成。地下车站是接送乘客,直接为乘客服务的场所,如图7-2所示。车站形式主要取决于车站所处的建筑环境、工程规划条件、车站布局和服务功能要求、线路敷设方式、地质条件、结构形式、施工方法等。典型车站站厅层和站台层的平面示意图分别如图7-3和图7-4所示。地下车站图7-3站厅层平面示意图图7-4站台层平面示意图地铁系统的基本设施组成——地下车站车站站台按布置形式一般可分为岛式、侧式和其他混合式。岛式和侧式站台平面示意图及横断面结构分别如图7-5和图7-6所示。图7-5岛式站台a)平面示意图b)横断面结构图7-6侧式站台a)平面示意图b)横断面结构地铁系统的基本设施组成——隧道（区间隧道）根据工程和水文地质、地面建筑和周边环境、地下管线和隧道埋深等条件,区间隧道可采用明挖法、矿山法或盾构法等施工,不同的施工方法采用不同的隧道断面结构。明挖法施工的隧道多采用矩形断面;矿山法施工的隧道一般采用带仰拱的马蹄形断面;盾构法施工的隧道通常采用圆形断面。各类隧道断面示意图如图7-7所示。图7-7隧道断面示意图a)明挖断面b)马蹄形断面c)圆形断面地铁系统的基本设施组成——隧道（区间隧道）地下车站内通常安装站台门以将行车的轨道区与站台候车区隔开,站台门有半高和全高安全门两种形式,如图7-8和图7-9所示。由于半高安全门并未将隧道与站台公共区完全分割,会影响站台公共区舒适性且增加空调系统运行能耗,而设置全高安全门的车站可以将车站隧道与站台公共区完全分割,因此全高安全门形式为目前最常见的设置形式。图7-8半高安全门图7-9全高安全门地铁系统的基本设施组成——隧道（车站隧道）大部分时间站台门处于关闭状态,以保证候车乘客的安全、隔断隧道和车站的气流与热量的交换。区间隧道与车站隧道示意图如图7-10所示。图7-10区间隧道与车站隧道示意图地铁车站总平面布局地铁地下车站的主体建筑部分一般位于地下,仅有出入口、风亭、电梯、消防专用通道等附属建筑位于地面上。地铁车站地面通风出入口如图7-11所示。上述附属建筑与周围建筑物、储罐(区)、地下油管等的防火间距应符合现行国家有关标准的规定。地铁车站有采光窗井时,采光窗井与相邻地面建筑之间的防火间距应符合表7-1的规定,当相邻地面建筑物的外墙为防火墙或在采光窗井与地面建筑物之间设置防火墙时,防火间距可不限。建筑类别单层、多层民用建筑高层民用建筑丙、丁、戊类厂房、库房甲、乙类厂房、库房建筑耐火等级一、二级三级四级一、二级一、二级三级四级一、二级地下车站的采光窗井6791310121425地铁车站总平面布局地下车站的风亭是其重要的通风口,根据功能可分为新风亭、排风亭、活塞风亭;根据形式可分为高风亭(风口底部距离地面为2m)和低风亭(高度为1.2~2m)。有条件时应尽量采用高风亭侧面开设风口进行通风和排烟。无论风亭是与其他建筑合建,还是单独分散式设置,高风亭的排风口和活塞风口均应该位于新风口的上面,防止产生倒灌现象,并且进风口、排风口、活塞风口两两之间的最小水平距离不应小于5m,且不宜位于同一方向。当受到周边特殊环境条件限制时,也可采用敞口低风井。发生火灾时,如果不能有效防止烟气流倒灌,应尽量加大风井之间或风井与出入口之间的距离。一般需要满足以下条件:送风井与排风井、活塞井之间不应小于10m,活塞风井之间或活塞风井与排风井之间不应小于5m;排风井、活塞井与车站出入口之间不应小于10m;排风井、活塞风井与消防专用通道出入口之间不应小于5m。当用地受限不能加大距离或者工艺上较难实施时,可以通过在两风井之间或风井与出入口之间种植高低错落的绿化以形成绿化屏障来阻挡、减弱火灾时的烟气倒灌,如图7-12所示。图7-12各敞口低风井之间最小水平距离1—排风井2—进风井3—活塞井防火分区与防火分隔2.车站公共区对于换乘车站,根据换乘形式的不同,防火分隔的要求有所区别,具体如下:(1)上、下重叠平行换乘车站对于上、下重叠平行设置的岛式站台或侧式站台的两条地铁线换乘车站,当楼梯或扶梯从下层站台穿越上层站台到达站厅层时,在上层站台的楼梯或扶梯周围的开口处全部采用防火墙进行分隔。为了不影响人员的正常通行,可在下层站台的人员上下楼梯或扶梯开口处设置火灾时能够自行关闭的3.0h耐火极限防火卷帘,火灾时该连通口不允许作为上、下层站台的安全出口(图7-16)。图7-16上、下重叠平行换乘防火分隔示意图防火分区与防火分隔2.车站公共区(2)点式换乘车站点式换乘车站是站台与站台之间以点式换乘的车站,其换乘通道和换乘梯在火灾时不能相互作为安全出口。为避免两站台的火灾相互影响,要将两站台之间的连通开口进行防火分隔,保证人员正常通行的楼梯或扶梯开口处使用耐火极限3.0h的防火卷帘进行分隔,其他部位均应设置耐火极限不低于2.0h的防火隔墙(图7-17)。图7-17点式换乘车站站台之间防火分隔示意图防火分区与防火分隔2.车站公共区(3)多线同层站台平行换乘车站多线同层站台平行换乘车站的站台之间应设置耐火极限不低于2.0h的纵向防火隔墙,该防火隔墙应延伸至站台有效长度外不小于10m。图7-18为两线同层站台平行换乘车站防火分隔示意图。图7-18两线同层站台平行换乘车站防火分隔示意图防火分区与防火分隔2.车站公共区(4)侧式站台与同层站厅换乘车站对于利用与本线站台同层的另一地铁线的站厅进行换乘的车站,为使A线站台的火灾不影响到B线站厅公共区乘客的疏散安全,在A线的站台与B线的站厅公共区连接处需要按照两个不同的防火分区的要求进行防火分隔。为便于人员通行,此分隔一般采用耐火极限不低于3.0h的防火卷帘。图7-19为侧式站台与同层站厅换乘车站防火分隔示意图。(5)通道换乘车站站厅与站厅之间或站台与站厅之间采用通道换乘时,需要在通道内分别设置火灾时能自动关闭的防火卷帘进行分隔,并且能分别由两线各自控制其升降和关闭,防火卷帘的耐火极限不应低于3.0h。图7-19侧式站台与同层站厅换乘车站防火分隔示意图防火分区与防火分隔3.设备管理区车站设备管理区与公共区具有不同的使用用途,火灾危险性相差较大,因此应与站厅、站台公共区划分为不同的防火分区。设备管理区一般相对集中,包括车站控制室、站长室、交班室等,且设置直通地面的安全出口往往比较困难,但是其使用人员对环境均较为熟悉,故单个防火分区的建筑面积不大于1500m2。消防泵房、污水和废水泵房、厕所、盥洗室、茶水间、清扫间等房间的建筑面积可不计入所在防火分区的建筑面积。发电机的外壳防护旋转电机外壳防护等级：IP代码表示，IP（INTERNATIONALPROTECTION）永磁同步发电机外壳防护等级符合GB/4942.1中的规定，但户内使用不低于IP21，户外使用不应低于IP543.1.4永磁同步风力发电机冷却以IP54为例，查国标GB/4942.1IP54标记字母防尘电机，能防止触及或接近壳内带电或转动部件，虽不能完全防止灰尘进入，但进尘量不足以影响电机的正常运行。防溅水电机，承受任何方向的溅水应无有害影响目前主要的永磁直驱发电机防护等级为IP54。3.1.4永磁同步风力发电机冷却1、发电机维护项目3.1.5风电机组发电机常见故障及维护（1）发电机清理发电机在使用时间内，应注意它的清洁，特别是绕组的清洁；发电机内部和外部都不许弄脏，也不许有水和油落入发电机内。（2）轴承装置检查不允许漏脂，因为油脂可能飞溅到绕组上，而影响导电性能和损坏绝缘；必须注意轴承的运转情况，轴承应是均匀地运转。发现不正常响声时，应及时停机检查；应定期取出脂样检验，如颜色发暗，有水份或杂质，造成轴承污脏或发热时即需更换润滑脂。更换润滑脂时，轴承应用汽油清洗并擦干；滚动轴承更换润滑脂的时间按有关规定进行，可以不停机更换润滑脂，废油从油脂收集盒取出清除；检查密封圈是否有磨损、烧坏、老化，变质等现象。（3）气隙为了避免转子与定子相碰,必须定期检查气隙（4）发电机绝缘电阻检测当发电机长时间停机时，在运行前请务必对发电机绝缘电阻进行检测；保证发电机的绝缘电阻≥5MΩ。如发电机绝缘电阻＜5MΩ，请维护人员查明原因，如果测试值不符合上述值，一般是受潮引起，必须通过热空气烘干。3.1.5风电机组发电机常见故障及维护（5）紧固件必须周期检查所有紧固件紧固程度，特别注意固定绝缘部份与旋转部份上的紧固件。（6）温度测量定子线圈和轴承装有测温元件，根据F级绝缘要求用检温计法测得绕组停用温度限值为150℃，报警温度145℃。滚动轴承停用温度95℃，报警温度85℃。3.1.5风电机组发电机常见故障及维护（6）周围环境必须周期检查所有紧固件紧固程度，特别注意固定绝缘部份与旋转部份上的紧固件。周围空气中（或者冷却空气）不允许有过多灰尘，因为灰尘会沾污绕组，使绝缘电阻降低，容易引起事故和降低发电机使用寿命；周围空气温度一般不得高于+40℃，在温度过高时请考虑机组限功率运行；温度过低情况下，需采用取暖装置；应经常检查周围空气中是否有危险性、非自然状态下的腐蚀性气体，如果发现，应立即设法清除，否则发电机将因腐蚀严重而大大缩短使用寿命。危险性气体也可能引起爆炸。3.1.5风电机组发电机常见故障及维护（7）出线盒经常检查电源电缆在出线盒入口处的固定和密封情况，发现固定不牢和密封不良，应及时紧固和更换密封圈；（8）发电机绕组必须经常检查绕组的绝缘电阻，任一相绕组的绝缘电阻降低时，应仔细清除污物和灰尘，必要时进行干燥处理。定期检查电源电缆接头与接