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3发电机部分
发电机
1发电机的安装位置
FL1500系列风力发电机的发电机设置在齿轮箱高速端。
发电机驱动端通过联轴
器与齿轮箱高速端相连。
从发电机驱动端往发电机侧看控制柜位于右侧。
如图1所示:
图1发电机的位置示意图
2发电机的作用与工作原理
FL1500系列风力发电机采用双馈异步发电机的形式。
将齿轮箱传输到发电机主轴的机械能转化为电能,通过发电机定子、转子传送给电网。
双馈异步发电机定子绕组直接和电网连接,转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。
变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。
在超同步发电时,通过定转子两个通道同时向电网馈送能量,这时脉冲整流器相当于逆变器将直流侧能量馈送回电网。
在亚同步发电时,通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态。
这时脉冲整流器相当于整流器从电网吸收能量。
发电机的转速范围是1000到2000rpm,同步转速是1500rpm。
定子电压等于电网电压。
转子电压与转差频率、转子堵转电压成正比,取决于定转子的匝数比。
当发电机以同步转速转动时,转差率为零,转子电压为零。
以下几个图形给出了各参数与转速之间的关系。
1500
图2功率与发电机转速的曲线图
500
2000
电网功率;定子功率;转子功率
图3电流与发电机转速之间的曲线图
图4损耗与发电机转速之间的曲线图
传统的风力发电机组采用鼠笼型异步发电机或同步发电机经整流、逆变后发电的
结构型式,其中鼠笼型异步发电机因需要交流励磁装置供电,造成功率因数下降。
而
双馈感应发电机(DFIG)具有功率因数可调、效率高、变频装置容量小、投资小、增强电网稳定性等优点。
在电网发生扰动时,双馈电机系统可以通过快速改变转子侧频率的方法补偿电网扰动的目的。
转差能量可以被馈入电网或者从电网吸收,而不是被消耗。
这一点正是提高风力发电机效率的关键。
变速恒频发电机组的结构如图5、等效电路如图6所示。
图5变速恒频发电机组的结构示意图
RlXinX'so
图6等效电路图
定子阻抗
R1=0.0056Q
定子漏感抗
X1
铁损阻抗
RF 磁化感抗 X1H=3.2Q 转子漏感抗 X2b=0.0488Q 转子阻抗 R2=0.0054Q 3发电机技术参数: 3.1技术参数表 额定输出 1810rpm时1520kW 级数 4级 速度范围 1000〜2000rpm 功率因数 容性(滞后、迟相)0.95〜感性(超前、进相)0.9 定子电压 690VAC±10% 取高疋子电流 1300A 定子连接 D 转子连接 Y 取咼转子电流 500A 频率 50Hz±0% 效率 >97%(额定状态下) 取大发电机损耗 <45kW 转子开路电压 2000V 绝缘等级 ELIN: F级绝缘,B级考核,国内: H级绝缘,F级考核 工作寿命 20年 轴承设计寿命 170,000小时,电机两端为绝缘轴承 相对湿度 5%〜95%(+40°C) 冷却 水冷: 冷却水的凝结点-30°C;内部风循环 水压 <5bar 入口水温度 <+50°C 水流通过速度 <60l/min 防护等级 IP54; 周围条件 -25°C〜+45°C 机舱内的温度 -25°C〜+55°C 超速测试速度 2160rpmt>2min,2300rpmt>10s 旋转的方向 从发电机驱动轴往电机方向看为逆时针旋转 发电机重量 5440kg 转动惯量 大约78kg.m2 电机安装方式 IMB3 发电机涂层颜色 RAL5003 中心高 450mm 3.2发电机的尺寸图 图7发电机外形图 发电机轴向安装尺寸: 1220mm; 径向安装尺寸: 750mm; 定转子接线盒位置: 从驱动端侧往电机方向看: 右侧 4发电机附件 4.1加热器 为了使风力发电机组在低温环境下正常运行,发电机内置了600W的加热器。 在 低温启动风机时,首先启动加热器,通过排水孔排出冷凝水。 加热器的启停由PLC 控制。 4.2PT100温度传感器 每个定子绕组、轴承都用一个PT100温度传感器来检测和监控温度,防止发电 机过热。 如果绕组、轴承温度过高,监控系统就发出警报,并降低功率,如果温度过 高变频器系统关断。 4.3编码器 GB&Gtwo的 图8编码器 变频器系统需要实时监测发电机的转速进行控制。 编码器是一种精确的测量设 备,记录与其相连的设备的角度位置和转速。 因而速度检测采用分辨率高、性能稳定、安装方便、抗干扰能力强、体积小、重量轻的IVOGI356B22C330增量型编码器。 发电机主轴和编码器主轴的连接用R+W,MK1020/40XX的弹性联轴器。 编码器轴和驱动轴不能用任何的刚性连接。 编码器参数如下表: 操作电压 5VD(±10% 操作温度 -20~+100°C 分度 2500线/转 湿度 最大相对湿度95%无冷凝 最高输出频率 150kHz 空载电流损耗 最大60mA 输出信号 A,A,B,B,N,N 输出方式 RS422输出 负荷 轴向: <20N; 径向: <40N 主要材料 铝 重量 大约250g 编码器输出信号列表 管脚序号 电缆颜色 信号 1 粉色 B 2 3 红色 N 4 黑色 N 5 褐色 A 6 绿色 A 7 8 灰色 B 9 10 白一绿色 地 11 12 褐一绿色 5VD(电源 4.4接线盒 如图6所示,定转子接线盒位于发电机靠近变频器一侧 1、定子接线盒 定子为三角形连接,每相通过大约5m长的电缆连接到变频器。 如下表所示: 相 螺纹连接 电缆型号 电缆直径/管截面积 U M50x1.5° NSSH? U-0 28mm/150mm2 U M50x1.5° NSSH? U-0 28mm/150mm2 U M50x1.5° NSSH? U-O 28mm/150mm2 V M50x1.5° NSSH? U-0 28mm/150mm2 V M50x1.5° NSSH? U-0 28mm/150mm2 V M50x1.5° NSSH? U-O 28mm/150mm2 W M50x1.5° NSSH? U-O 28mm/150mm2 W M50x1.5° NSSH? U-O 28mm/150mm2 W M50x1.5° NSSH? U-O 28mm/150mm2 定子接线盒的每根电缆出口有电缆葛栏。 如图9所示: 图9定子接线盒 2、转子接线盒 转子为丫形连接,转子电缆为屏蔽电缆,防止转子与变频器之间的信号干扰、 便于变频器控制。 转子接线盒的电缆连接如下表所示。 转子接线盒如图10所示 相 螺纹连接 电缆型号 电缆直径/管截面积 、、亠 注意 K M50x1.5° NSSH? U-O,屏蔽 28mm/150mm2 EM螺纹连接 L M50x1.5° NSSH? U,屏蔽 28mm/150mm2 EM螺纹连接 M M50x1.5° NSSH? U,屏蔽 28mm/150mm2 EM螺纹连接 PE M50x1.5° NSSH? U 28mm/150mm2 图10转子接线盒 4.5冷却 双馈异步发电机冷却方式采用水冷的形式。 需冷却部位为集电环系统、定转子绕组(通过机壳水冷却管道)。 冷却水从集电环的后端入水口进入,经蛇行的水管从集电环后端的出水口流出给机壳上端的入水口,出水口与入水口位于同一轴向位置。 冷 却管道如图7所示。 发电机水冷系统的主要参数如下表所示: 注水压力: 2.2[bar] 取大散热量: 45[kW] 45kW散热条件: 30[l/min];40[C] 最高供水温度: 50[C] 最大压力: 5[bar] 流量: 30-60[l/min] 30[l/min]流量时的压力损失: 0.3[bar] 40[l/min]流量时的压力损失: 0.5[bar] 50[l/min]流量时的压力损失: 0.8[bar] 60[l/min]流量时的压力损失: 1.2[bar] 发电机冷却液的主要参数如下表所示: 参数 推荐质量 接受质量 PH值 7.5—8.5 6.5—9.0 水硬度(°dh) 4—6 <10 悬浮物(ppm) <10 <30 氯化物(mg/L) <30 <50 硫酸盐(mg/L) <30 <50 硝酸盐(mg/L) <30 <50 为了在-30°C环境温度下发电机能正常运行,使用由60%水和40%乙二醇的冷 却液。 每5年检查或更换冷却介质,因防腐剂会消耗。 必须使用相同的冷却介质,因不同的防腐剂作用会被抵消。 机器在投入使用之前注满冷却液、并通过发电机前上方排气孔排气。 5运输、贮存及维护 机器上的所有工作,只允许由合格的人员并在断电下来进行。 5.1运输及贮存 机器在供货时要用合格的木材包装。 如果机器到达指定地点之后不能立即安装并投入使用,必须进行合理的短时间贮存。 在选择存放位置时必须注意下列事项: 2良发通风、干燥和无震动 2要防潮、防冻、防热、防粉尘和砂子 2要防止有害小动物,如啮齿目动物、等翅目昆虫等等 在不准备投产需要长期贮存时,对机器还要附加专用防腐措施防止损坏: 2发电机只能装填冷却剂混合物来贮存 2所有光面都要通过涂适合的物质防腐 另外,发电机主轴一个月用手转动一次,转动2-3转。 一台机器在长期贮存或停车之后,在投产之前,必须检查定子绕组的绝缘情况。 另外必须注意轴承润滑材料是否有足够的可用性,因为由于老化润滑材料在一定时间之后失去了可用特性(大约5年)。 这样,到下一次维修间隔补充润滑期相应的要短一些。 长时间贮存或长时间停车(如果停车发电机加热器未工作)或者被淹没之后必须检验绕组的绝缘值。 在冷状态其值至少应为6MQ。 按照经验,绝缘值在投入使用之后变低,如果绝缘值在加热到60〜80C时降低到1MQ以下,那就必须对绕组进行干燥。 测量时机器要与所有导线连接分开。 干燥有如下两种形式: a.电干燥,把加热电流调到额定电流的50流右,所有相均匀负荷,定子绕 组温度不准超过100°C。 b.炉干燥,定子在100C左右干燥约12小时。 必须注意,接线盒中不能有杂质以及脏物、不能潮湿。 5.2集电环单元的操作和维护5.2.1概述 集电环单元是专为风力发电设备的发电机开发的。 轴向前后排列的碳集电环经过与发电机绕组相连接。 在轴向中还有一个接地集电环,以实现轴接地。 鉴于震动的情况,系统是用一个在稳定壳体中的双例支撑来固定的。 有关热载荷能力,在持续运行中温度允许到120°C。 允许极限值是: 最大转速: 2400rpm(每分钟转数) 最大检验电压: 5kv 最大持续电流负荷: 500A ――最高冷剂温度: 50C 5.2.2维护 集电环的维护周期为半年,每半年打开盖板和底板,吹静碳粉并把碳刷取出来检查其磨擦面。 同样要对集电环进行目检。 检查发电机集电环单元接口上的接触点以及联轴器座。 检查集电环单元内外所有螺栓连接(注意上紧力矩! )。 请您检查轴 承,是否发生油脂外流。 集电环单元以至少连续运行2年为出发点,尽管如此,如出现不可维护的故障,就必须更换集电环单元,更换可以在3小时之内实现。
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