【正文】 使轉(zhuǎn)子持續(xù)地以高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，原動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩必須克服制動的電磁轉(zhuǎn)矩；此時轉(zhuǎn)子從原動機輸入機械功率，通過電磁感應(yīng)由定子輸出電功率，電機處于發(fā)電機狀態(tài)。，由于定子電流相位不同，使各量有所差別。另外，在設(shè)計過程中還要注意適當(dāng)提高發(fā)電機的過載能力和功率因數(shù)，在保護線路上也要采取措施。但看到我自己的工作結(jié)果。因此，剛開始拿到課題的時候不知如何下手，腦子也是一片空白。但異步電動機與異步發(fā)電機是有差異的，故不能直接引用而必須重新分析計算。但在設(shè)計上家兩者還是以后有區(qū)別的。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與氣隙磁場相互作用，將產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。整個轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。異步發(fā)電機并入電網(wǎng)的手續(xù)極為簡單，只要將發(fā)電機的轉(zhuǎn)子帶動到盡可能接近同步轉(zhuǎn)速，并注意轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向必須與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向一致，即可并入電網(wǎng)。但此類方法所有仿真均建立在狀態(tài)反饋基礎(chǔ)上，從實現(xiàn)的觀點看是不實用的，需要用輸出反饋重新評價。而為實現(xiàn)陣風(fēng)和電力系統(tǒng)大擾動情況下的輸出功率和電壓的快速平穩(wěn)跟蹤，可以采用靜態(tài)VAR補償器調(diào)節(jié)異步發(fā)電機輸出電壓和采用變漿距機構(gòu)調(diào)節(jié)機械輸入功率的方法：結(jié)合極大值控制和自適應(yīng)控制理論，采用改進的 Krsitc 方法進行風(fēng)輪槳距角控制設(shè)計，也可獲得最大輸出功率跟蹤，且可獲得全局最優(yōu)化。因此，如何恰當(dāng)?shù)剡x擇權(quán)陣是線性最優(yōu)控制設(shè)計中需注意的問題。其中2～4可稱為變頻器，其能量流向在某些控制方案中是雙向的，上述變頻器為交一直一交變頻器，也有采用交一交變頻器的。雖然 SMES 價格較貴,但其容量大、響應(yīng)快。為了人身安全起見，一般選用輸入輸出有隔離的電路結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格地說，直流變換器包括隔離開關(guān)型穩(wěn)壓器，但為了通俗，還是采用直流變換器一詞。繞組及鐵心對銅、鐵等材料的消耗比單相全橋多，在當(dāng)今世界上有色金屬資源有限的情況下，這是不利的。從而，雙輸出感應(yīng)發(fā)電機具有較高的功率因數(shù)，這是因為當(dāng)保持電機氣隙磁通不變的情況下，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的相位和幅值，就可以補償定子側(cè)的無功功率。1. 雙輸出異步發(fā)電機的工作原理風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)異步發(fā)電機向電網(wǎng)輸送電能時，作為恒輸出功率的異步發(fā)電機以超同步轉(zhuǎn)子速度運行。 在某一固定的風(fēng)速下, 隨著風(fēng)輪機轉(zhuǎn)速n 的變化, CP 的值會相應(yīng)的變化, 從而使風(fēng)輪機輸出的機械功率Pm 變化, 也就是說, 轉(zhuǎn)速n 變化, 會導(dǎo)致風(fēng)輪機捕獲風(fēng)能的能力有所不同。3) 采用先進的PWM控制技術(shù)，可抑制諧波，減小開關(guān)損耗，提高效率，降成本。由于變換裝置處在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子回路（勵磁回路），其容量一般不超過發(fā)電機額定功率的30%。發(fā)電機本身具有較高的旋轉(zhuǎn)頻，用頻率為 (一般是工頻50Hz)的低頻交流電勵磁，則三相電樞繞組的輸出電壓將是由頻率為和的兩個分量組成的調(diào)幅波。比起單速機來，這種發(fā)動機要重一些，效率也稍低一些，因為總有一個繞組未被利用，導(dǎo)致?lián)p耗相對增大。[6]感應(yīng)發(fā)電機也可以有兩種運行方式，即并網(wǎng)運行和單獨運行。所采用的發(fā)動機主要有兩種，即同步發(fā)電機和鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機。由于他被設(shè)計成在幾乎所有的風(fēng)況下都能獲得較大的空氣動力效率，因而提高了捕捉風(fēng)能的效率，試驗表明，變速風(fēng)力發(fā)電機組要比恒速風(fēng)力發(fā)電機組多捕獲15%的風(fēng)能，同時每由于機艙重量減輕和改善了傳動系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風(fēng)力發(fā)電機組的支撐結(jié)構(gòu)減輕，塔架等基礎(chǔ)費用也可降低。目前正處于前期工作階段和正在建設(shè)的風(fēng)電場以遍及10多個省、市和自治區(qū)。 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)發(fā)達國家對風(fēng)力發(fā)電機組的研制取得了巨大進展。一些國家要靠進口化石能源來滿足本國內(nèi)能源的消費。 經(jīng)濟驅(qū)動力 經(jīng)濟最優(yōu)化能源供應(yīng)的經(jīng)濟最優(yōu)化提供了重視開發(fā)利用的基本原理。 環(huán)境驅(qū)動力除了人們早先認(rèn)識到的煙塵、二氧化硫等區(qū)域性的污染外，世界上越來越多的人開始認(rèn)識到二氧化碳等溫室氣體的大量排放對全球氣候變暖給人類社會帶來的有害影響。同時單機容量在1MW以上的風(fēng)力發(fā)電機組也研制開發(fā)成功，并在風(fēng)電場中成功運行。目前最長的葉片以做到50m。丹麥、德國、西班牙、瑞典等國都在規(guī)劃較大的海上風(fēng)電場項目。其輸出聯(lián)接到鄰近的三相電網(wǎng)或輸配電線。此外，這種風(fēng)力機在結(jié)構(gòu)上和實用中還有很多優(yōu)越性。雙速單繞組極幅調(diào)制感應(yīng)發(fā)電機可以得到與雙繞組雙速發(fā)電機極不相同的性能，但重量輕、體積小，因而造價也較低，它的效率與單速發(fā)動機大致相同。它的另一個優(yōu)點是可以使風(fēng)力機在很大風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳效率運行，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，且簡化風(fēng)力機的調(diào)速機構(gòu)，只需采取適當(dāng)?shù)南匏俅胧┘纯?，并且在限速運行區(qū)仍可允許轉(zhuǎn)速有一定范圍的波動，從而可降低風(fēng)力機機械部分的造價，并能提高運行可靠性。這種電機轉(zhuǎn)子類似鼠籠型轉(zhuǎn)子，定子類似單繞組雙速感應(yīng)電機的定子，有6個出線端，其中3個直接與三相電網(wǎng)相連，其余3個則通過電力變換裝置與電網(wǎng)相聯(lián)。發(fā)電機系統(tǒng)輸出電壓的頻率和相位僅取決于勵磁電流的頻率和相位，而與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。本系統(tǒng)選用雙輸出異步發(fā)電機,其性能及優(yōu)越性如下：異步發(fā)電機一直是風(fēng)能系統(tǒng)中常用的能量轉(zhuǎn)換器，因為把異步發(fā)電機并入電網(wǎng)的手續(xù)極為簡單，只要將轉(zhuǎn)子帶動到盡可能接近同步轉(zhuǎn)速，并注意轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向一致，即可并入電網(wǎng)?？刂颇孀兤鞯哪孀兘?，就可以改變逆變器的電壓。4. 效率隨速度的變化在額定速度之上時，雙輸出異步發(fā)電的效率比普通異步發(fā)電機的效率高，這是因為在超同步運行時，由于發(fā)電機額定輸出轉(zhuǎn)矩不變而轉(zhuǎn)速提高，所以電機的輸出功率提高，同時因為銅耗、鐵耗基本保持不變，所以電機的效率也得到提高。電路簡化。3. 逆變電路的選擇策略1) 直接逆變后用工頻變壓器升壓至交流220V這種方法電路結(jié)構(gòu)簡單，控制也比較容易。研究表明系統(tǒng)參數(shù)中受風(fēng)速變化影響的依次是發(fā)電機電流、整流器電流、電池電流。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 SMES 系統(tǒng)方框圖 （） （） （） （）由()、（）、（）、（） 式和（）可知超導(dǎo)儲能(SMES) 控制單元以異步發(fā)電機滑差的變化Δs 和發(fā)電機出口電壓的變化| Δ| 作為輸入信號, 使輸出到母線上的有功功率和無功功率發(fā)生變化，從而影響風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出或吸收有功功率和無功功率。 風(fēng)力機最佳運行原理一臺風(fēng)輪半徑為的風(fēng)力機，在風(fēng)速下運行時，它所產(chǎn)生的機械功率： （）式中 ——空氣密度， ——風(fēng)力機的輸出功率系數(shù)（一般Cp=1/3～2/5，最大可達16/27=）——風(fēng)力機的掃掠面積，——風(fēng)速， 從(1)式可以看出在一定的風(fēng)速下， 值越大，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率就越高。從目前的國內(nèi)外研究來看，雙饋或無刷雙饋發(fā)電機是一個較為理想的選擇．這類電機不僅可使功率變換器的容量降低為機組額定容量的20％ ～50％ ，而且對一個固定的功率或速度運行點，可調(diào)節(jié)電機上功率繞組和控制繞組間的功率流向，降低損耗。在獲取希望的控制性能時，環(huán)與環(huán)之間的相互作用會產(chǎn)生很多困難。3. 最優(yōu)控制定槳矩風(fēng)力發(fā)電機組中的應(yīng)用設(shè)計變速風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制器時，必須考慮湍流引起的非線性動態(tài)系統(tǒng)共振問題，尤其對于輕質(zhì)、柔性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定子鐵心是主磁路的一部分。繞組型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，繞組的三個出線端接到設(shè)置的轉(zhuǎn)軸上的三個集電環(huán)上，在通過電刷引出。 若由機械或其他外因使轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)(n＜0),則轉(zhuǎn)差率s＞1。第一：作為異步電動機運行時，比大，而作為發(fā)電機運行時，和相近。 三相異步發(fā)電機電磁計算程序 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸1. 額定功率 ＝600 KW2. 額定電壓 =690 V ； V3. 功電流 = A4. 效率 5. 功率因數(shù) 6. 極對數(shù) ＝2 7. 定、轉(zhuǎn)子槽數(shù) ＝48 , ＝40 (取 ＝4 )8. 定、轉(zhuǎn)子每極槽數(shù)：定子 ＝＝12轉(zhuǎn)子 ＝＝10 9. 定子外徑 由經(jīng)驗公式可得2極小型電機滿載電勢標(biāo)么值 ＝計算功率 ＝ VA初選 ＝ ，＝ ，＝，＝46000 A/m , = T,假定=1450 r/： ＝ ?。?則 ＝ m = m根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尺寸最后確定 ＝ m10. 定子內(nèi)徑 ＝ m 鐵心得有效長度 ＝ m 取鐵心長 ＝ m 11. 氣隙 由經(jīng)驗公式 ＝ m12. 轉(zhuǎn)子外徑 ＝ m13. 轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 ＝ m14. 鐵心長 ＝ m 鐵心有效長度（無徑向通風(fēng)道） ＝＋+=15. 定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸（見圖附1）16. 極距 = m17. 定、轉(zhuǎn)子齒距：定子 ＝ m轉(zhuǎn)子 ＝ m18. 定子繞組采用單層繞組19. 轉(zhuǎn)子斜槽寬 （取一個定子齒距）于是 ＝ m20. 每相導(dǎo)體數(shù) =48 單層線圈＝每線圈匝數(shù)=321. 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ＝48 每相串聯(lián)匝數(shù) ＝2422. 繞組線規(guī)設(shè)計 ＝ ＝ A23. 槽滿率 ： 初步?。?T 估計定子齒寬 ＝＝ m 初步取 ＝ T == = m （取 ） （）（1）槽面積 ＝ （）（2）槽絕緣占面積： 單層 ＝ （3）槽有效面積 ＝ （4）槽滿率 ＝ (符合要求)24. 繞組系數(shù) （1）分布系數(shù) ＝（2）短距系數(shù) ＝1 所以 ＝＝25. 每相有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ＝＝ 44 磁路計算26. 初設(shè) ＝，則： E1=KE′UNΦ=690=27. 計算每極磁通 初設(shè)飽和系數(shù) 查得 ＝＝ Wb 其中 ＝＝ V28. 每極齒部接截面積： 定子 ＝＝ 轉(zhuǎn)子 ＝＝ 29. 定子軛部計算高度 ＝＝ m轉(zhuǎn)子軛部計算高度 ＝＝ m 軛部導(dǎo)磁面積 ＝＝ ＝＝ 30. 空氣隙面積 ＝＝ 31. 波幅系數(shù) ＝＝ 氣隙磁密 ＝ T32. 定子齒磁密 ＝＝ T33. 轉(zhuǎn)子齒磁密 ＝= T34. 定子軛磁密 ＝ = T35. 轉(zhuǎn)子軛磁密 ＝= T36. 空氣隙磁密 ＝= T37. 根據(jù)D23曲線及 數(shù)據(jù)查出磁場強度(單位 ：)38. 軛部磁路計算長度 定子 ＝＝ m 轉(zhuǎn)子 ＝＝ m39. 有效氣隙長度 ＝ ＝ m 半閉口槽和半開口槽 ＝40. 齒部磁路計算長度 ＝ m ＝ m齒部磁壓降 定子 ＝= A 轉(zhuǎn)子 ＝= A41. 軛部磁壓降的計算 = =，= T；于是查得 ＝； ＝＝，＝ T；于是查得 = 定子 ＝= A 轉(zhuǎn)子 ＝= A42. 空氣隙磁壓降 ＝ =43. 飽和系數(shù) ＝ 與假設(shè)系數(shù)比較 ，誤差 ＝＝％ ％，合格。我感到很欣慰。本次畢業(yè)設(shè)計的課題是風(fēng)力發(fā)電機的設(shè)計及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究,雖是單一課題但是它涉及的知識面非常廣，其中有許多以前不曾接觸過的東西。 異步電機向量圖 三相異步發(fā)電機的電磁設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計要求及額定數(shù)據(jù)參考異步電動機的電磁計算程序確定電機的電磁負(fù)荷，計算定子、轉(zhuǎn)子沖片和鐵心各部分尺寸及繞組數(shù)據(jù)，進而核算電機各項參數(shù)及性能，并對設(shè)計數(shù)據(jù)做必要的調(diào)整，直到達到要求。[1] 三相異步發(fā)電機和三相異步電動機的差異[2]從理論上說異步發(fā)電機和異步電動機只是異步電機的兩種運行狀態(tài)，前者將機械能轉(zhuǎn)換為電能，后者將電能轉(zhuǎn)換機械能。由于轉(zhuǎn)子繞組是短路的，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中便有電流流過。轉(zhuǎn)子鐵心也是主次路的一部分，鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。三相異步發(fā)電機既可以孤立運行，也可以聯(lián)網(wǎng)運行。通過模擬結(jié)構(gòu)性負(fù)載，應(yīng)力確實減少，且改善了靜態(tài)輸出功率和功率品質(zhì)。針對非最佳葉尖速比時的兩種模態(tài)采用不同控制策略，設(shè)計出不依賴于具體風(fēng)電系統(tǒng)特性的最大風(fēng)能捕獲控制器，可用于多種類型的風(fēng)能系統(tǒng)。對二次性能指標(biāo)，如何選擇權(quán)矩陣是一項較困難的工作，如選擇不同的，那么其最優(yōu)控制則是針對由該所確定的性能指標(biāo)而言的。5) 變壓器通過變壓器以及一