7-第7章-《风力发电机组用发电机》

第7章 风力发电机组用发电机

1. 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。

2. 传统的风力发电机组中就是以【主轴】、【齿轮箱】、【弹性联轴节】和【制动器】为传动装置。

3. 电机具有p对磁极时，转子旋转一周，感应电势变化p次，设每分钟旋转n，则转子每秒旋转【n∕60】.因此感应电势每秒钟变化【pn∕60】次。

4. 为了方便分析，经过频率和绕组运算后，还可以将异步发电机转换成【等值电路】。典型的有【T型等值电路】。

5. 发电机作为风力发电机组将机械能转化为电能的装置，它不仅直接影响到输出电能的【品质】和【效率】，而且也影响到整个风能转换系统的【性能】和【结构】。

6. 风能具有波动性，而电网要求稳定的【并网电压】和【频率】，风力发电机组通过【机械】和【电气】控制可以有效解决这一问题，实现能量转换，向电网输出满足要求的电能。

7. 并网型风力发电机组常采用的发电有【异步发电机】、【双馈异步发电机】、【永磁同步发电机】、【电励磁同步发电机】。

8. 异步发电机按转子结构分有【鼠笼式异步发电机】和【绕线式异步发电机】。

9. 同步发电机按照励磁方式的不同，有【永磁同步发电机】和【电励磁同步发电机】两种。

10. 同步电机三种运行方式：【发电机】、【电动机】和【补偿机】。

11. 同步电机一般分为【转场式同步电机】和【转枢式同步电机】

12. 同步电机从结构特点分：【旋转电枢式】和【旋转磁极式】。

13. 旋转磁极式同步电机按磁极形状可分为：【凸极式】和【隐极式】。同步电动机和补偿机多为【凸极式】。

14. 同步发电机具有的功能：【自动电压调整】、【自动调节励磁电流】、【极强短时热过载能力】、【强励能力】。

15. 磁性能指标：【剩磁】、【矫顽力】和【最大磁能积】。

16. 常见的永磁材料由【铸造型铝镍钴】、【粉末型铝镍钴】、【铁氧体】、【稀土钴】和【钕铁硼】。

17. 发电机定子主要由【定子铁心】、【三相定子绕组】和【机座】等组成。定子铁心由【扇形硅钢片叠成】。每隔4~5cm留有通风沟。

18. 同步发电机转子是由【转轴】、【转子支架】、【磁轭】、【磁极】和【励磁绕组】等组成。磁极由厚为1〜5mm的钢板冲片叠成，在磁极两个端面上装有磁极压板，用铆钉铆装为一体。励磁绕组套装在磁极上，它多用【扁铜线】绕成。

19. 目前采用的励磁方式分为两大类一类是用【直流励磁机励磁系统】；另一类是【整流器励磁系统】。

20. 异步发电机由【定子】、【转子】、【端盖】、【轴承】等部件组成。

21. 异步发电机定子由【定子铁芯】、【定子三相绕组】和【机座】组成，其中定子铁芯是电机的【磁路】部分，由经过冲制钢的硅钢片叠成；定子三相绕组是电机的【电路】部分，嵌放在定子铁芯槽内；机座用于支撑定子铁芯，承受运行产生的反作用力，也是内部损耗热量的散发途径。

22. 异步发电机转子由【转子铁芯】、【转子绕组】及【转轴】组成，其中转子铁芯和转子绕组分作为【电机磁路】和【电机电路】的组成部分参与工作。

23. 异步电机按转差率正负、大小可以分为三种运行状态：【电动机】、【发电机】、【电磁制动】。

24. 电机运行时产生的损耗主要有【铁耗】、【铜耗】、【机械耗】、【杂散损耗】，所有上述损耗均以【热量】的形式通过冷却散发。

25. 铁芯损耗包括【基本铁耗】和【旋转铁耗】。

26. 杂散损耗与【气隙的大小】、【槽配合数】、【槽口形式】及【制造工艺】等因素有关。

27. 双馈变频器采用【矢量控制】，通过调节转子三相电流的【频率】、【幅值】、【相位】、【相序】，有功、无功分量完全解耦。

28. 异步电机是一种【交流】电机，其负载时的【转速】与所接电网的频率之比不是恒定关系。

29. 异步电机包括【感应电机】、【双馈异步电机】和【交流换向器电机】。

30. 永磁同步发电机IGBT逆变器的容量较大，一般要选发电机额定功率的【120%】以上。

31. 为了产生恒定力矩，永磁同步电机需要的定子电流为【正弦波对称电流】， 直流电机需要的定子电流为【方波电流】。

32. 通常按照【永磁体磁化方向】和【转子旋转方向】的相互关系，分为【切向式】、【径向式】、【混合式】和【轴向式】四种。

33. 双馈异步发电机的冷却方式一般采取【空-空冷却】或【机壳水冷】两种方式。

34. 无刷双馈发电机定子侧具有两套极对数不同的绕组，分别是【功率绕组】和【控制绕组】。

35. 双馈异步风力发电机通过变频器的控制调节可以实现大滑差运行，转子机械转速与定子同步转速的转差一般可达到【士33%】，远高于普通的鼠笼式发电机，利用这个特性，双馈异步发电机可以有效地提高风资源的利用率。

36. 风力发电机组发电机主要性能指标【电气性能】、【机械性能】、【绝缘】和【防护性能】。

37. 风力发电机组发电机运行情况的监控和保护有【温度监测】、【速度监测】、【防雷】、【接地】、【发电机与变频器之间的联系】。

38. 盐雾对金属物的腐蚀破坏主要与【浓度】、【温度】、【含氧量】、【腐蚀电位】有关。

39. 风电机组运行海拔高度一般低于【1000】米，对于安装在海拔1000米以上的电机，海拔每增加【100】米，功率降低【1％】使用，或者温升限值降【1％】。

40. 风电机组发电机安装前用【1000V】兆欧表测量发电机定子绕组对机壳的冷态绝缘电阻不应低于【50MΩ】。

41. 风力发电机组发电机每半年至一年检查一次定子绕组绝缘电阻，如不符合标准规定，可按如下方法处理：

方法一：用循环热空气吹。

方法二：分别将定子绕组通以【25％】额定电流的单相或直流电源加热，或用加热带进行加热。用以上方法对定子绕组加热时，应使各定子绕组各部位不要超过【90℃】，干燥过程连续，直到绝缘电阻保持稳定至少【4h】。

42. 风力发电机组发电机已由制造厂加注了正确牌号和正确数量的润滑脂，因此建议累计运行【2000—3000h】后加注一次润滑脂。

43. 风力发电机组发电机必须更换润滑脂时，应当清除干净污染的旧润滑脂，加少量清洁的干净煤油进行清洗；重新给轴承加润滑脂时，应当先加几滴清洁的润滑油于轴承

的滚道滚珠上，然后将润滑脂从轴承一侧压人直至从另一侧挤出为止，轴承室内应加满约【2/3】的润滑脂。

44. 当电机长期搁置不用时，应特别注意防止轴承【腐蚀】、【失油】和【静振】，搁置期间最好定期将转子转动一下(防止静振应每周将转子转动（【1/4】周）。

45. 在更换新碳刷时要进行碳刷与滑环接触面的研磨，接触面积达到【80%】以上；不同型号、不同厂家的同尺寸规格的碳刷不可混在一起使用。

46. 发电机应该存放在环境空气温度【-10〜40℃】、相对湿度不应超过【85%】、清洁、通风良好的库房内，空气中不得含有腐蚀性气体，包装箱与地面、墙壁应该保持一定距离。

47. 当发电机绝缘电阻值达不到用户手册要求的最小值时应采取烘潮处理：开启加热装置干燥，燥时应注意缓慢、连续进行，最高的干燥温度为【75℃】，每【小时】测量一次绝缘电阻，确认潮气已消散，再重新运行电机。

48. 笼型电机两端均采用【非绝缘深沟球】轴承，双馈电机两端均采用【绝缘深沟球】轴承

49. 一般风力发电机轴承设计寿命【20年】，故障条件概率【10%】，平均维护间隔时间【6个月】，—般情况下轴承转动灵活无异音，温升不超过【55℃】。常见轴承故障包括【轴承温升过高】、【轴承异音】、【轴承烧死】等。

50. 绝缘轴承的电气绝缘一般要求耐受【3kV】工频电压【1min】。

51. 在维修和更换发电机轴承的过程中应注意保护绝缘层，绝缘层一般设置在电机轴承的【内圈】、【外圈】或【滚子】上。

52. 电机润滑方式包括【手动注油】和【自动注油】两种方式。

53. 发电机滑环一般维护周期为【6个月】，其清洁后检查滑环绝缘电阻应大于【500MΩ】。检测滑环的径向跳动超差（大于0.05mm），要求重新磨滑环。

. 发电机电刷要定期检查，一般更换周期为【6个月】，更换所有损坏和磨损导线（剩余新电刷高度的【1/3】）而不能正常运行的电刷，用同一型号规格的新电刷代替。

55. 刷握维护一般【每年】进行一次，底边和滑环面之间的距离是否正常（约2.0+0.5mm)等。刷握上安装了高精度弹簧以保证给电刷提供正常的压力。

56. 电磁感应和电势方向使用【右手定则】。电磁感应和力的方向使用【左手定则】。

57. 感应电动势的频率决定于同步电机的【转速】和【极对数】。

58. 原动机上都装有【机械】或【电子调速器】，实现转速稳定。

59. 隐极式同步电机，制造工艺复杂，但【机械】强度高，宜用于【高速】。

60. 凸极式同步电机结。构【简单】，但【机械】强度较低，适用于【低速】。

61. 由【石墨】制成的电刷装在刷架上的刷握内，电刷与轴上滑环【滑动】接触，

直流电流经过电刷、滑环通入【励磁绕组】。

62. 发电机绕组经【浸胶】与【热压】处理，成为坚固整体。

63. 各励磁绕组【串】连后连接到滑环上。

. 转子表面约【1/3】部分没有开槽，构成所谓大齿，是【磁极】的中心区。

65. 凸极式同步发电机在磁极上还装有【阻尼绕组】，它同感应电动机的笼型结构相似，整个【阻尼绕组】由插入磁极阻槽中的【裸铜条】和端面的【铜环】焊接而成。【阻尼绕组】可改善同步发电机的运行性能，对同步电机来讲，它主要起【启动绕组】作用。

66. 发电机通过额定容量值可以确定【电枢电流】，通过额定功率可以确定配套原动机的【容量】。

67. 异步发电机也称为【感应式电机】，定子可接成【三角形】或【星形】。

68. 定子绕组接通三相电源后，在定子中产生【旋转磁场】。

69. 异步发电机由于【旋转磁场】与【转子绕组】存在相对运动，在转子绕组内将产生【感应电势】，在闭合的【转子绕组】中将产生电流。。

70. 异步电机作为电动机，转子回路可引入【外加电阻】来改善启动和调速性能。

71. 同步发电机具有【自动电压调整功能】（AVR），自动调节【励磁电流】，保持发电机输出【电压稳定】；具有极强【短时热过载】能力；其励磁能力最强。

72. 双馈异步发电机可以提供超前【无功功率】，保持发电机输出【电压】稳定；但发电机受双馈变频器IGBT【过载电流】影响，只能提供有限过载能力；过载能力要次于同步发电机。

73. 电励磁同步发电机工作在【启动力矩大】、【频繁启动】及【换向】的场合，与【全功率变频器】连接后实现变速运行。

74. IGBT逆变器的【容量】较大，一般要选发电机额定功率【120%】以上。

75. 永磁同步电动机主要分为【表面式】和【内置式】。

76. 汝铁硼磁铁的不足之处是其【温度性能】不佳，在【高温】下使用磁损较大，最高工作温度为【80℃】，经过特殊特殊处理的铁磁，其最高工作温度可达【200℃】。

77. 汝铁硼必须进行【表面涂层】处理。

78. 【钕铁硼】是当代磁铁中性能最强的永磁体。可以吸起自身重量【0倍】的重物。

79. 双馈异步发电机转子绕组采用【波形绕组】，线圈结构和制造工艺复杂，转子线圈一般采用【星形】连接。

80. 一般在电机上采用下列监控措施：【定子线圈的温度监控】、【轴承的温度监控】、【内部热空气的温度监控】、【电刷磨损监控】。

81. 异步发电机定子机壳的结构形式根据【冷却方式】确定，采用【箱式焊接】或

【水夹层结构】。

82. 异步发电机转子绝缘采用【耐电晕】结构。

83. 变流器通过改变励磁电流的【幅值】和【相位】就可实现发电机【有功】和【无功】功率的调节。

84. 使用高压发电机可以降低发电机的【铜耗】。

85. 双馈异步风力发电机变频器采用【矢量控制技术】，在发电机侧变频器采用【定子磁场定向矢量控制】，电网侧变频器采用【电网电压定向矢量控制】，同事通过【电磁转矩控制】和【电流控制环】，实现有功、无功分量完全解耦控制。

86. 永磁同步发电机中，永磁体即时【磁源】，又是【磁路】的组成部分，较多采用汝铁硼永磁材料，具有【高剩磁密度】、【高磁能积】和【线性退磁】等优点。

87. 滑环安装在电机外部的非传动端，防护等级【IP23】。

88. 永磁直驱同步发电机系统存在的缺点：

1) 对永磁材料的【性能稳定性】要求高；

2) 对永磁体【失磁现象】和【降低电机重量】等问题还缺少有效的应对办法；

3) 存在【谐波电流】对电网的污染问题。

. 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用【并励】或者【他励】接法。

90. 电机振动应检查【地脚安装螺栓】、【对中检测】、【电机转轴跳动情况】、【电机转子动平衡情况】等方面。

91. 发电机的适用环境条件:拔高度不超过【1000】m；环境空气温度：【-30〜 +50】℃；环境空气相对湿度为【95%±3%】。

92. 脉宽调制（PWM）可以获得正弦转子电流，电机内不会产生【低次谐波制动】。

93. 新电刷需要在电机外【预磨】，磨出【滑环面】的弧度，再将电刷装入刷握，检查电刷导向和运动。

94. 在交流发电机定子上放着三个完全相同的、彼此相隔【120°】的绕组。当转子在按正弦分布的磁场中以恒定速度旋转时，就可产生三个的对称三相电势，随着电极源源不断地流过线圈，产生相互之间以【120°】的相位的三相交流电。

95. 同步电机可以接于电网作为【同步补偿机】。这时电机不带任何负载，靠调节转子中的【励磁电流】向电网发出所需的【感性】或者【容性】无功功率，已达到改善电网【功率因数】或者【调节电网电压】的目的。

96. 异步电机定子吸收电能转化为转子上的【机械能】，不断向机械负载做功，实现电能向机械能的转换。

97. 三相异步发电机能量传输方式与电动机相反，电机定子接通电源，吸收【无功

功率】，产生【旋转磁场】；转子由原动机拖动旋转，当转速高于【同步转速】时，则电磁转矩的方向【旋转方向】相反，异步发电机将进入发电状态，转子上的机械能，通过气隙磁场的【耦合作用】，转化为定子向电源输出的有功电流，从而实现机械能向电能的转化。

98. 异步电动机负载发生变化时，转子的【转差率】随着变化，使得转子导体的【感应电动势】、【电流】和【电磁转矩】发生相应变化，因此异步电动机的转速随着负载的变化而变化。

99. 异步发电机的输出功率与【转速】有关，通常在高于同步转速【3%-5%】的转速时达到最大值，超过这个转差，感应发电机将进入不稳定运行区。

100. 异步电机定子及转子绕组中流过电流时，除产生【基波磁通】外，还产生【高次谐波磁通】及其他【漏磁通】。

101. 通过双馈变频器的【四象限运行】，可是双馈风力发电机运行转速范围大大提高，转速范围增大【±30%】左右。

102. 习惯上把正弦波永磁同步发电机组成的调速系统称为【正弦型永磁同步电动机】调速系统；由梯形波永磁同步电动机组成的调速系统，在原理和控制方法上与直流电动机系统类似，故称这种系统为【无刷直流电动机】调速系统。

103. 鼠笼式发电机因其结构【简单】、尺寸【较小】、重量【较轻】以及【坚固】等特点，日常维护量较少。

104. 鼠笼式异步风力发电机控制方式较为简单，并网时不需要【同步装置】，无失步现象，运行时只需适当【负荷】，并网时需要采取【限流装置】。

105. 采用鼠笼式异步发电机的风电机组，在运行状态下当风速增加时风轮将吸收更多的风能，转速增大，经过传动系统传至发电机后的【转差率】将增大。

106. 鼠笼式异步发电机的【转矩自动调节】特性是早期选择其用于风电机组的重要原因。

107. 鼠笼式异步发电机并网瞬间存在很大的【冲击电流】，应在接近同步转速时并网，一般都加装专用的【软起动限流装置】。

108. 永磁同步发电机风力发电系统概括如下：采用【永磁体】励磁；多级、低速、容量大；无需【直流电】；无需无功励磁；无需【集电环】、电刷等装置；需要配置【全功率变频器】。

109. 风力发电机接地线应使用【放松垫圈】和【平垫圈】保证连接面紧密连接，并使用合适的防锈剂。

110. 变频器具有对发电机定子和转子【短路值】和【浪涌】保护的功能。

111. 电机制造厂家常采用【锌铬膜】（达克罗）涂层或防腐处理工艺对设备金属表面进行处理。

112. 应对电气元件集中的区域进行【密封防潮】、【降温保护】以减缓盐雾腐蚀速度。

113. 从制造工艺、绝缘性能和工作可靠性等方面比较，【容量愈大】旋转磁极式的优越性愈多。

114. 发电机传动端为【定位轴承】非传动端为【游动轴承】。