【正文】 使轉(zhuǎn)子持續(xù)地以高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須克服制動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩；此時(shí)轉(zhuǎn)子從原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率，通過(guò)電磁感應(yīng)由定子輸出電功率，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)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(jì)過(guò)程中還要注意適當(dāng)提高發(fā)電機(jī)的過(guò)載能力和功率因數(shù)，在保護(hù)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(kāi)始拿到課題的時(shí)候不知如何下手，腦子也是一片空白。但異步電動(dòng)機(jī)與異步發(fā)電機(jī)是有差異的，故不能直接引用而必須重新分析計(jì)算。但在設(shè)計(jì)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(chǎng)相互作用，將產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩。整個(gè)轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的手續(xù)極為簡(jiǎn)單，只要將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)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(chǎng)轉(zhuǎn)向一致，即可并入電網(wǎng)。但此類(lèi)方法所有仿真均建立在狀態(tài)反饋基礎(chǔ)上，從實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)看是不實(shí)用的，需要用輸出反饋重新評(píng)價(jià)。而為實(shí)現(xiàn)陣風(fēng)和電力系統(tǒng)大擾動(dòng)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(bǔ)償器調(diào)節(jié)異步發(fā)電機(jī)輸出電壓和采用變漿距機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)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(jìn)的 Krsitc 方法進(jìn)行風(fēng)輪槳距角控制設(shè)計(jì)，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(jì)中需注意的問(wèn)題。其中2～4可稱(chēng)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(jià)格較貴,但其容量大、響應(yīng)快。為了人身安全起見(jiàn)，一般選用輸入輸出有隔離的電路結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格地說(shuō)，直流變換器包括隔離開(kāi)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(duì)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(jī)具有較高的功率因數(shù)，這是因?yàn)楫?dāng)保持電機(jī)氣隙磁通不變的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的相位和幅值，就可以補(bǔ)償定子側(cè)的無(wú)功功率。1. 雙輸出異步發(fā)電機(jī)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(jī)向電網(wǎng)輸送電能時(shí)，作為恒輸出功率的異步發(fā)電機(jī)以超同步轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行。 在某一固定的風(fēng)速下, 隨著風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速n 的變化, CP 的值會(huì)相應(yīng)的變化, 從而使風(fēng)輪機(jī)輸出的機(jī)械功率Pm 變化, 也就是說(shuō), 轉(zhuǎn)速n 變化, 會(huì)導(dǎo)致風(fēng)輪機(jī)捕獲風(fēng)能的能力有所不同。3) 采用先進(jìn)的PWM控制技術(shù)，可抑制諧波，減小開(kāi)關(guān)損耗，提高效率，降成本。由于變換裝置處在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路（勵(lì)磁回路），其容量一般不超過(guò)發(fā)電機(jī)額定功率的30%。發(fā)電機(jī)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(lì)磁，則三相電樞繞組的輸出電壓將是由頻率為和的兩個(gè)分量組成的調(diào)幅波。比起單速機(jī)來(lái)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)要重一些，效率也稍低一些，因?yàn)榭傆幸粋€(gè)繞組未被利用，導(dǎo)致?lián)p耗相對(duì)增大。[6]感應(yīng)發(fā)電機(jī)也可以有兩種運(yùn)行方式，即并網(wǎng)運(yùn)行和單獨(dú)運(yùn)行。所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有兩種，即同步發(fā)電機(jī)和鼠籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)。由于他被設(shè)計(jì)成在幾乎所有的風(fēng)況下都能獲得較大的空氣動(dòng)力效率，因而提高了捕捉風(fēng)能的效率，試驗(yàn)表明，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要比恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多捕獲15%的風(fēng)能，同時(shí)每由于機(jī)艙重量減輕和改善了傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)減輕，塔架等基礎(chǔ)費(fèi)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(chǎng)以遍及10多個(gè)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(lái)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制取得了巨大進(jìn)展。一些國(guó)家要靠進(jìn)口化石能源來(lái)滿(mǎn)足本國(guó)內(nèi)能源的消費(fèi)。 經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力 經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化能源供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化提供了重視開(kāi)發(fā)利用的基本原理。 環(huán)境驅(qū)動(dòng)力除了人們?cè)缦日J(rèn)識(shí)到的煙塵、二氧化硫等區(qū)域性的污染外，世界上越來(lái)越多的人開(kāi)始認(rèn)識(shí)到二氧化碳等溫室氣體的大量排放對(duì)全球氣候變暖給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的有害影響。同時(shí)單機(jī)容量在1MW以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也研制開(kāi)發(fā)成功，并在風(fēng)電場(chǎng)中成功運(yùn)行。目前最長(zhǎng)的葉片以做到50m。丹麥、德國(guó)、西班牙、瑞典等國(guó)都在規(guī)劃較大的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)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(jī)在結(jié)構(gòu)上和實(shí)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(jī)可以得到與雙繞組雙速發(fā)電機(jī)極不相同的性能，但重量輕、體積小，因而造價(jià)也較低，它的效率與單速發(fā)動(dòng)機(jī)大致相同。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使風(fēng)力機(jī)在很大風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳效率運(yùn)行，提高了風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，且簡(jiǎn)化風(fēng)力機(jī)的調(diào)速機(jī)構(gòu)，只需采取適當(dāng)?shù)南匏俅胧┘纯桑⑶以谙匏龠\(yùn)行區(qū)仍可允許轉(zhuǎn)速有一定范圍的波動(dòng)，從而可降低風(fēng)力機(jī)機(jī)械部分的造價(jià)，并能提高運(yùn)行可靠性。這種電機(jī)轉(zhuǎn)子類(lèi)似鼠籠型轉(zhuǎn)子，定子類(lèi)似單繞組雙速感應(yīng)電機(jī)的定子，有6個(gè)出線端，其中3個(gè)直接與三相電網(wǎng)相連，其余3個(gè)則通過(guò)電力變換裝置與電網(wǎng)相聯(lián)。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)輸出電壓的頻率和相位僅取決于勵(lì)磁電流的頻率和相位，而與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。本系統(tǒng)選用雙輸出異步發(fā)電機(jī),其性能及優(yōu)越性如下：異步發(fā)電機(jī)一直是風(fēng)能系統(tǒng)中常用的能量轉(zhuǎn)換器，因?yàn)榘旬惒桨l(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的手續(xù)極為簡(jiǎn)單，只要將轉(zhuǎn)子帶動(dòng)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(chǎng)轉(zhuǎn)向一致，即可并入電網(wǎng)。控制逆變器的逆變角，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(shí)，雙輸出異步發(fā)電的效率比普通異步發(fā)電機(jī)的效率高，這是因?yàn)樵诔竭\(yùn)行時(shí)，由于發(fā)電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩不變而轉(zhuǎn)速提高，所以電機(jī)的輸出功率提高，同時(shí)因?yàn)殂~耗、鐵耗基本保持不變，所以電機(jī)的效率也得到提高。電路簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jī)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(chǔ)能(SMES) 控制單元以異步發(fā)電機(jī)滑差的變化Δs 和發(fā)電機(jī)出口電壓的變化| Δ| 作為輸入信號(hào), 使輸出到母線上的有功功率和無(wú)功功率發(fā)生變化，從而影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出或吸收有功功率和無(wú)功功率。 風(fēng)力機(jī)最佳運(yùn)行原理一臺(tái)風(fēng)輪半徑為的風(fēng)力機(jī)，在風(fēng)速下運(yùn)行時(shí)，它所產(chǎn)生的機(jī)械功率： （）式中 ——空氣密度， ——風(fēng)力機(jī)的輸出功率系數(shù)（一般Cp=1/3～2/5，最大可達(dá)16/27=）——風(fēng)力機(jī)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(jī)械能的效率就越高。從目前的國(guó)內(nèi)外研究來(lái)看，雙饋或無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)是一個(gè)較為理想的選擇．這類(lèi)電機(jī)不僅可使功率變換器的容量降低為機(jī)組額定容量的20％ ～50％ ，而且對(duì)一個(gè)固定的功率或速度運(yùn)行點(diǎn)，可調(diào)節(jié)電機(jī)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(shí)，環(huán)與環(huán)之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生很多困難。3. 最優(yōu)控制定槳矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用設(shè)計(jì)變速風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制器時(shí)，必須考慮湍流引起的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)共振問(wèn)題，尤其對(duì)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(gè)出線端接到設(shè)置的轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)集電環(huán)上，在通過(guò)電刷引出。 若由機(jī)械或其他外因使轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)(n＜0),則轉(zhuǎn)差率s＞1。第一：作為異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，比大，而作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，和相近。 三相異步發(fā)電機(jī)電磁計(jì)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(duì)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(yàn)公式可得2極小型電機(jī)滿(mǎn)載電勢(shì)標(biāo)么值 ＝計(jì)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(zhǎng)度 ＝ m 取鐵心長(zhǎng) ＝ m 11. 氣隙 由經(jīng)驗(yàn)公式 ＝ m12. 轉(zhuǎn)子外徑 ＝ m13. 轉(zhuǎn)子內(nèi)徑 ＝ m14. 鐵心長(zhǎng) ＝ m 鐵心有效長(zhǎng)度（無(wú)徑向通風(fēng)道） ＝＋+=15. 定、轉(zhuǎn)子沖片尺寸（見(jiàn)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(gè)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(jì) ＝ ＝ A23. 槽滿(mǎn)率 ： 初步取＝ T 估計(jì)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(mǎn)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(jì)算26. 初設(shè) ＝，則： E1=KE′UNΦ=690=27. 計(jì)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(jì)算高度 ＝＝ m轉(zhuǎn)子軛部計(jì)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(chǎng)強(qiáng)度(單位 ：)38. 軛部磁路計(jì)算長(zhǎng)度 定子 ＝＝ m 轉(zhuǎn)子 ＝＝ m39. 有效氣隙長(zhǎng)度 ＝ ＝ m 半閉口槽和半開(kāi)口槽 ＝40. 齒部磁路計(jì)算長(zhǎng)度 ＝ m ＝ m齒部磁壓降 定子 ＝= A 轉(zhuǎn)子 ＝= A41. 軛部磁壓降的計(jì)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(jì)的課題是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)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(shí)面非常廣，其中有許多以前不曾接觸過(guò)的東西。 異步電機(jī)向量圖 三相異步發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求及額定數(shù)據(jù)參考異步電動(dòng)機(jī)的電磁計(jì)算程序確定電機(jī)的電磁負(fù)荷，計(jì)算定子、轉(zhuǎn)子沖片和鐵心各部分尺寸及繞組數(shù)據(jù)，進(jìn)而核算電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)及性能，并對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)做必要的調(diào)整，直到達(dá)到要求。[1] 三相異步發(fā)電機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)的差異[2]從理論上說(shuō)異步發(fā)電機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)只是異步電機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)，前者將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，后者將電能轉(zhuǎn)換機(jī)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(guò)。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(jī)既可以孤立運(yùn)行，也可以聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。通過(guò)模擬結(jié)構(gòu)性負(fù)載，應(yīng)力確實(shí)減少，且改善了靜態(tài)輸出功率和功率品質(zhì)。針對(duì)非最佳葉尖速比時(shí)的兩種模態(tài)采用不同控制策略，設(shè)計(jì)出不依賴(lài)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(lèi)型的風(fēng)能系統(tǒng)。對(duì)二次性能指標(biāo)，如何選擇權(quán)矩陣是一項(xiàng)較困難的工作，如選擇不同的，那么其最優(yōu)控制則是針對(duì)由該所確定的性能指標(biāo)而言的。5) 變壓器通過(guò)變壓器以及一