【正文】 如圖 35， 這種方法得到的三相電流波形十分粗糙，無(wú)法滿足三相勵(lì)磁要求。UNu 相同，只是相位依次相差 120176。VNu 39。UNu 波形是幅值為 2/dU 的矩形波。 dUN Uu ?? 。對(duì)于 U 相輸出來(lái)說(shuō)，當(dāng)橋臂1 導(dǎo)通是， 2/39。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也稱為縱向換流。 這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。和單相半橋、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是 180176。 圖 34 三相逆變電路 逆變橋中的二極管作為續(xù)流二極管使用，防止管子打開或關(guān)斷時(shí)受到電流的沖擊而產(chǎn)生過大的壓降，而損壞管子。負(fù)載為感性，星形接法，在整流電路和逆變電路之間并聯(lián)大電容 Cd。直流電源采用 整流電路 ，由普通 二極 管 組成。 圖 34 是 一個(gè)三相電壓型逆變電路的畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 N39。采用 IGBT 可控元件作為開關(guān)器 件的三相電壓型橋式逆變電路如圖 34 所示。這就是逆變電路最基本的工作原理。當(dāng)開關(guān) S S4 閉合，S S3 斷開時(shí)，負(fù)載電壓 0u 為正；當(dāng)開 關(guān) S S4 斷開， S S3 閉合時(shí)， 0u 為負(fù)，其波形如圖所示。 逆變電路的基本原理 以圖 33 的單相橋式逆變電路為例說(shuō)明其最基本的工作原理。當(dāng) PWM 信號(hào)頻率大于 5kHz 時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)非常顯著，因此在使用變頻器時(shí)，必須正確的選擇載波頻率值。流過 IGBT 的電流有效值： AI D ?? (31) IGBT 的額定電流： ? ? AI AVT ??? (32) 考慮到二極管的續(xù)流最終選擇 IGBT 的額定電流大約為 12 安左右。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 UdS1S2S3S4負(fù)載i ou o 120 攝氏度 。有一下制約因素： ， Ci 要處于安全工作去，小于 2 倍的額定電流。 參數(shù)的選擇要留有合適的余地，這樣才能保證可靠、長(zhǎng)期、安全運(yùn)行。 IGBT 在開通過程中，大部分時(shí)間是作畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 u GEi Cu GE90% I CM10% I CM10% U CEMU CEM10% U GEM90% U GEMU GEMI CMU CM(o n )t fvt fv 2t fv 1t rvtt d(on ) t ri t d(off ) t fit fi1 t fi2ttOOO為 MOSFET 來(lái)運(yùn)行的，只是在漏源電壓 dsU 下降過程后期， PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時(shí)間。 圖 31 IGBT 結(jié)構(gòu) IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。 IGBT 導(dǎo)通是從 ?P 注入?yún)^(qū)向 ?N 漂移區(qū)發(fā)射少子，這段時(shí)間經(jīng)過對(duì)漂移去的電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制， IGBT 的通流能力得到很大提高 。 1. 結(jié)構(gòu)和工作原理 IGBT 外設(shè)三個(gè)接線端，分別是柵極 G、集電極 C 和發(fā)射極 E。 IGBT 屬于全控型器件。 它綜合了雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件和單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件的優(yōu)點(diǎn)，已獲得大量應(yīng)用。有人甚至說(shuō)，電力電子技術(shù)早期曾處在整流時(shí)代，后來(lái)則進(jìn)入逆變器時(shí)代。在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變電路。 圖 系統(tǒng)控制圖 三相勵(lì)磁繞組 驅(qū)動(dòng)電路 三相逆變電路 風(fēng)力機(jī)定子 PLC 負(fù)載 測(cè)速發(fā)電機(jī) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 柵極 G源極 S漏極 D二氧化硅N NP 體區(qū)漏移區(qū)緩沖區(qū)注入?yún)^(qū) 3 變頻裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理介紹 交流勵(lì)磁的主要實(shí)現(xiàn)方法就是逆變電路， 勵(lì)磁裝置采用無(wú)源逆變。 整個(gè)系統(tǒng)是由測(cè)量單元、逆變單元、風(fēng)力發(fā)電單元和 PLC 控制單元組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置。風(fēng)力發(fā)電機(jī)仍然在轉(zhuǎn)動(dòng)，但已經(jīng)不在發(fā)出電能。 考慮到實(shí)際運(yùn)行時(shí)，風(fēng)速有時(shí)非常小，此時(shí)有三相逆變電路補(bǔ)償?shù)慕涣鲃?lì)磁頻率很大，有時(shí)甚至高達(dá) 50Hz，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在這種狀態(tài)，那么效率是非常低的。但是，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得的電壓信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)速早畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 已 不能滿足風(fēng)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。也 就是說(shuō)，風(fēng)電機(jī)大部分時(shí)間運(yùn)行在亞同步狀態(tài)，勵(lì)磁裝置總是要給電機(jī)補(bǔ)償頻率。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可以作為雙饋調(diào)速的交流勵(lì)磁電源不斷增加。因而，交流勵(lì)磁電機(jī)具有優(yōu)越的運(yùn)行性能。通過改變勵(lì)磁電流的相位，可以改變發(fā)電機(jī)電勢(shì)與電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置，改變電機(jī)的功率角，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的功率因數(shù)；通過改變勵(lì)磁電流的幅值，可以調(diào)節(jié)輸出的功率。所以同步電機(jī)勵(lì)磁一般只能對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，而交流勵(lì)磁電機(jī)勵(lì)磁的可調(diào)量卻有三個(gè)： （ 1） 勵(lì)磁電流的幅值； （ 2） 勵(lì)磁電流的頻率； （ 3） 勵(lì)磁電流的相位。實(shí)際上，它是具有同步電機(jī)特性的交流 勵(lì)磁的異步機(jī)，是一種從舊電機(jī)發(fā)展出來(lái)的新型電機(jī)，其特性比同步機(jī)還優(yōu)越。 交流勵(lì)磁電機(jī)的定子是直接接在電網(wǎng)上的，而轉(zhuǎn)子則需要一套獨(dú)立的交流勵(lì)磁電源饋電，雙饋電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子都可以傳輸能量，并且其轉(zhuǎn)差功率的流向也是雙向的。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 交流勵(lì)磁 的原理 介紹 交流勵(lì)磁 的原理 介紹 近十多年來(lái)，國(guó)外興起研制交流勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)熱潮，即在電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中引入二相或三相附加電勢(shì)，使其產(chǎn)生二相或三相交流勵(lì)磁電流，除發(fā)現(xiàn)改變勵(lì)磁電流幅值可調(diào)節(jié)電機(jī)無(wú)功外，還發(fā)現(xiàn)改變勵(lì)磁電流相位可調(diào)節(jié)電機(jī)有功，改變勵(lì)磁電流頻率可調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。變速恒頻，即風(fēng)力機(jī)和發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是可變的，而發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率是恒定的。其中，定漿 矩 失速型機(jī)組因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，在偏小容量風(fēng)電機(jī)組中（一般在兆瓦級(jí)以下） 仍大量使用；全槳葉變 矩 型機(jī)組，是今后高效率高容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展方向，這種機(jī)組使槳葉和機(jī)組的受力大大降低； 在眾多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型， 應(yīng)用變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)型， 將會(huì)成為未來(lái)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型。 經(jīng)過將近十年的發(fā)展， 世界各主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)研制國(guó)家 大概確定了三個(gè)技術(shù)研究方向，即 定漿 矩 失速型機(jī)組 、 全槳葉 變 矩 型機(jī)組、應(yīng)用變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)型。此外， 還應(yīng)加緊對(duì)近海風(fēng)能開發(fā)技術(shù)的研究 ，著手海上風(fēng)能資源測(cè)量和前期設(shè)計(jì)工作， 開發(fā)出 1—2 個(gè)示范近海風(fēng)電場(chǎng) ，為今后大規(guī)模發(fā)展近海風(fēng)電積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn) [11]。 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在“三北”地區(qū)發(fā)揮其資源優(yōu)勢(shì)，建設(shè)大型和特大型風(fēng)電場(chǎng)，在其他地區(qū)，因地制宜地發(fā)展中小型風(fēng)電場(chǎng)，充分利用畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 各地的風(fēng)能資源。為更好地實(shí)施國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略，國(guó)家計(jì)委、科技部、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委制定了新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“十一五”規(guī)劃，指導(dǎo)思想是發(fā)揮可再生能源資源分布廣、清潔環(huán)保、社會(huì)效益好的優(yōu)勢(shì)，加快發(fā)展水電、太陽(yáng)能熱利用、沼氣等技術(shù)成熟的可再生能源，盡快使優(yōu)良資源得到合理開發(fā)利用，不斷提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重。我國(guó)具備了自行研制開發(fā)容量從 100W 到 10 千瓦的10 多種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能力，還開發(fā)了一批風(fēng)光、風(fēng)柴聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。其中達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)累計(jì)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 172 臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到 萬(wàn)千瓦，南澳風(fēng)電場(chǎng)安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組近百臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到 萬(wàn)千瓦：內(nèi)蒙古輝騰勒風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量也超過 3 萬(wàn)千瓦；福建的平潭、大連橫山、浙江舟山、上海崇明也都在規(guī)劃建設(shè) 500 千瓦、 600 千瓦、 800 千瓦容量不等的風(fēng)力風(fēng)電場(chǎng)，為解決無(wú)電地區(qū)農(nóng)牧民生產(chǎn)生活用電發(fā)揮了重要作用。全年平均風(fēng)速 3m/s 及以上的時(shí)間達(dá) 30005000h,平均風(fēng)能密度為 100W/m，可開發(fā)的風(fēng)能資源 約 億千瓦。 我國(guó)地域遼闊，地處北緯陽(yáng)光充沛的亞熱帶地區(qū)。 1995 年又上升到 萬(wàn)千瓦，超過丹麥，成為世界第三個(gè)風(fēng)力發(fā)電最多的國(guó)家。另?yè)?jù)估計(jì)，目前全世界約有一半的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是丹麥生產(chǎn)的。按規(guī)劃至 20xx 年風(fēng)電裝機(jī)總量將達(dá) 150 萬(wàn)千瓦，屆時(shí)相當(dāng)于國(guó)內(nèi)電力用量的 10%，到 2030 年時(shí)將把風(fēng)電的比例提高到占全國(guó)所需電力的 40%。 1978 年丹麥成立了國(guó)立風(fēng)力發(fā)電試驗(yàn)站，并對(duì)其實(shí)行政策性補(bǔ)貼，促使了風(fēng)力機(jī)工業(yè)和風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。 不過 ，這一切都取決于開發(fā)風(fēng)能發(fā)電的新領(lǐng)域，近海風(fēng)力發(fā)電的努力是否成功。在未 來(lái) 10 年里，德國(guó)風(fēng)力發(fā)電在電力生產(chǎn)中所占的比例將達(dá)到 305%。在德國(guó)，風(fēng)能是居水力發(fā)電之后最重要的再生能源來(lái)源，風(fēng)力發(fā)電在德國(guó)電力生產(chǎn)所占的比例已達(dá)到 %。 在風(fēng)電發(fā)展中最有影響、發(fā)展較快的國(guó)家有美國(guó)德國(guó)丹麥印度荷蘭英國(guó)等。在這樣的背景下，各工業(yè)國(guó)對(duì)清潔能源傾注了更多的熱情，促使了近 20 年來(lái)可再生新能源技術(shù)的顯著發(fā)展與進(jìn)步。從而實(shí)際應(yīng)用中，可減少勵(lì)磁裝置體積、重量、成本，提高系統(tǒng)可靠性、減少維護(hù)、延長(zhǎng)壽命，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。為雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的雙 PWM 變換器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并綜合矢量控制技術(shù)對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。 與獨(dú)立控制方式相對(duì)應(yīng)，協(xié)調(diào)控制則是站在更高的高度、從整體出發(fā)、以系統(tǒng)的眼光，對(duì)整流部分和逆變部分之間的物理聯(lián)系進(jìn)行剖析，在此基礎(chǔ)上，將兩者當(dāng)作一個(gè)相互影響的整體，對(duì)整流部 分和逆變部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)、協(xié)調(diào)控制。具體來(lái)說(shuō)，無(wú)論從電流流向的角度看，還是從能量傳遞的角度看，整流部分和逆變部分都存在著一定的物理聯(lián)系?？梢哉f(shuō)，整個(gè)勵(lì)磁電源畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 系統(tǒng)的壽命的瓶頸在于這個(gè)電解電容。這是因?yàn)椋哼@種大容量?jī)?chǔ)能濾波電容一般是電解電容，其缺點(diǎn)是體積大、笨重而且性能不可靠。若濾波電容 C越大，則直流母線電壓波動(dòng)就越小，前后兩個(gè)變換器依賴性就越小。但由于其控制方法較復(fù)雜， 在換流時(shí)不允許有重疊，也不允許存在間隙，且其最大輸出電壓能力不高；交 直 交雙 PWM 變換器以其良好的傳輸特性、功率因數(shù)高、網(wǎng)側(cè)電流諧波小、能量雙向流動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種變頻調(diào)速系統(tǒng)中，也完全能夠滿足變速恒頻風(fēng)力發(fā)電中雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求 [1]。而對(duì)于在該系統(tǒng)中的勵(lì)磁電源裝置，可以是交交變頻器、交直交型雙 PWM 變換器，也可以是今年來(lái)出現(xiàn)的矩陣變換器。從而在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電方 式占據(jù)了主導(dǎo)地位并引領(lǐng)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向。變速恒頻發(fā)電是從 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型發(fā)電方式，它將電力電子技術(shù)、矢量變換控制技術(shù)和微機(jī)信息處理技術(shù)引入發(fā)電機(jī)控制之中，獲得了一種全新的、高質(zhì)量的電能獲取方式。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面，目 前世界上流行的風(fēng)電技術(shù)大體上可分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)兩大類。s variable speed constant frequency operation is achieve. Key words: wind power variable speed constant frequency AC excitation IGBT PLC 目 錄 1 引言 ................................................................................................................................ 1 目的及意義 .......................................................................................................... 1 研究現(xiàn)狀及前景 .................................................................................................. 2 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型 ............................................................................... 4 2 交流勵(lì)磁 的原理介紹 ..................................................................................................... 5 交流勵(lì)磁的原理介紹 ........................................................................................... 5 實(shí)現(xiàn)變速恒頻的理論分析 ................................................................................... 5 3 變頻裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理介紹 ................................................................................. 7 IGBT 介紹 ............................................................................................................. 7 IGBT 的結(jié)構(gòu)