異步風力發(fā)電機的特點及制造運行情況
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并網型風力發(fā)電機組中發(fā)電機是非常重要的組件之一。由于同步發(fā)電機的電樞繞組與三相電網連接,勵磁繞組與直流電源連接,結構較為復雜;而異步發(fā)電機的定子繞組接交流電網,轉子繞組不鏈板輸送帶需要與其它電源連接,具有結構簡單,制造,使用和維護方便,運行可靠。質量較小,成本較低等優(yōu)點,因此國內外風力發(fā)鐵礦石破碎機石料破碎機電機組基本都選用異步發(fā)電機。
風力發(fā)電機運石料粉碎機行環(huán)境、使用條件有自己獨特的一面,因此專用的風力發(fā)電機與普通的異步電機的性能要求大不相同:
第一,一般異步發(fā)電機多處于寬敞的空間運行,散熱條件較好;而風力發(fā)電機位于室外高空較小且封閉的機艙內工作,通風條件較差,機艙內積聚的熱量不易較快而通暢地散發(fā)出來。太陽直曬機艙,使機艙空氣溫度升高,使電機工作環(huán)境變得惡劣,雖然電機采用強制風冷卻,但只能靠發(fā)電機的外殼散熱,因此風力發(fā)電機的散熱條件比通常情況下使用的異步沖擊式石頭制砂機發(fā)電機條件要差得多,這就要求風力發(fā)電機具有耐較高溫度的絕緣等級,一般風力發(fā)電機選用F級的絕緣材料。
第二,由于風速具有不可控性,定槳葉失速調節(jié)的風力發(fā)電機組多數時間運行于額定功率以下,發(fā)電機經常在半載或輕載下運行,為保證發(fā)電機在額定功率以下運行時具有較高的效率,改善發(fā)電機的性能,一方面盡量使風力發(fā)電機的效率曲線比較平緩(見圖1),使發(fā)電機在部分負荷下運行時同樣具有較高的效率,但是發(fā)電機的效率曲線一般在20%左右的額定負荷下下降較大,因此,另一方面異步風力發(fā)電機較多采用變極電機結構,發(fā)電機出力在大發(fā)電機額定功率的20%左右切鵝卵石制砂機換到小發(fā)電機運行,改善20%額定負荷下發(fā)電機的運行效率。這樣不僅增大了風機年發(fā)電量,而且效率的提高意味著降低了發(fā)電機的損耗,有效地減少了發(fā)電機過熱問題。
第三,由于風速是時刻變化的,有時瞬時變化在5m/s以上,發(fā)電機的輸出功率也隨之變化波動,而且幅值較大。而普通電機經常處于額定或相對穩(wěn)定的狀態(tài)下運行,所以專用的風力發(fā)電機在設計時對發(fā)電機的過熱,過載能力以及機械結電磁震動給料機構等方面大不同于普通的異步電機,其過載能力及時間遠大于普通的異步發(fā)電機,同時其導線要有足夠的載流量,過流能力,以免出現引出線熔斷事故。
第四,風力發(fā)電機組有較強的振動,一方面風機正常運行時始終要找主風向,經常偏航,機艙本身就是活動的部件,另一方面,在風壓的作用下,機艙有可能會朝各個方向擺動,葉輪也會產生振動,這都會導致發(fā)電機的振動。因此要求風力發(fā)電機的定旋流篩子繞組及其引線一定要比普通的異步發(fā)電機綁扎的更加結實,牢固。這同時也是考慮到受風況的影響,風力發(fā)電機投入和切出比較頻繁,對發(fā)電機的沖擊次數較多,只有電機線圈及引線綁扎牢固,才能保證其足夠的動穩(wěn)定度。
第五,異步發(fā)電機本身不能提供激磁電流,必須從電網吸取無功勵磁功率以建立磁場,使電網的功率因數變壞。所以風力發(fā)電機都自備電容補償器供給發(fā)電機的無功功率。為了減少電容補償器的容量,降低風力發(fā)電機組電控設備的造碎石機設備價,體積,應努力提高風力發(fā)電機的功率因數cosφ。
第六,異步發(fā)電機正常運行時的轉速高于電網同步轉速(nS=60f/p),其輸出功率的大小與轉子滑差大小有關。適當增大發(fā)電機的額定滑差可減小輸出功率的波動幅度,但是增大滑差會增加發(fā)電機的損耗,降低電機效率。同時發(fā)電機的轉速(滑差)還受電機溫度的影響。考慮以上多方面因素制定合適的滑差。另外,風力發(fā)電機轉子的飛逸轉速應為額定轉速的1.8~~2倍,而一般異步電機的飛逸轉速僅為額定轉速的1.2倍,這主要是考慮到風力發(fā)電機甩負荷的機率很高,甩負荷后電機的轉速上升很擺式給料機快,依靠轉速保護使風機停機,如果超速保護故障,可能會損壞轉子導體,而轉子被封閉的外殼罩住,不易觀察,風力發(fā)電機重新投入運行可能使電機損壞惡化,難以修復。因此,風力發(fā)電機轉子的飛逸轉速為1.8~~2倍的額定轉速。
綜合考慮以定量給料機上多方面的因素,風力發(fā)電機在結構及性能優(yōu)化上與普通異步發(fā)電機區(qū)別如下:
采用雙速電機結構,改善輕載時風力發(fā)電機的性能,提高效率;定、轉子硅鋼片的性能比普通的異步電機的硅鋼片性能提高1~~2個等級;定子線圈具有較高的槽滿率,一般為70%以上;電機繞組端部要特殊捆礦用破碎機綁固定,使其非常牢靠;考慮風力發(fā)電機的短時過載及頻率起動,適當放大繞組到電機接線端子的引線容量;適當選擇繞組導體的數目,盡量有較高的效率η及較高的功率因數cosφ;轉子繞組采用銅材澆鑄以減小轉子損耗,提高發(fā)電機的效率;外殼的外形有利于散熱,采用鑄造型式的帶有散熱翅的外殼或采用焊接型式的帶有散熱管的外殼;與機艙底板連接時使用柔性連接,減輕發(fā)電機的振動;在發(fā)電機軸伸端加設安全離合器,防止發(fā)電機飛車;在機艙設通風道或通風罩,有利于電機的散熱。
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