永磁同步电机制造的时候极对数比较多,也同样造成了电机本体体积增加和成本增加,但是目前工业界越来越倾向于增加极对数的方式,这是因为它和双馈电机在成本或者效率上有什么过大的差异吗

公告

大中华汽车电子生态圈社区并入开发者社区- 更多资讯点击此

Tip / 登入 to post questions, reply, level up, and achieve exciting badges. Know more

cross mob
ZhaiL
Employee
Employee
50 sign-ins First reply posted 50 questions asked

双馈异步风电机组为什么采用三分之一变流器?永磁直驱风电机组为什么采用全功率变流器?

https://www.zhihu.com/question/464757300/answer/2318966162#comment-10425072247?notificationId=160155...

永磁同步电机制造的时候极对数比较多,也同样造成了电机本体体积增加和成本增加,但是目前工业界越来越倾向于增加极对数的方式,这是因为它和双馈电机在成本或者效率上有什么过大的差异吗

0 点赞
1 解答
Wang_Fred
Moderator
Moderator
Moderator
5 questions asked 100 solutions authored 250 sign-ins

您好,

双馈和直驱两种技术几乎是同时出现的,甚至直驱技术的出现要比双馈技术更早些。但是发展至今,双馈技术因其运行稳定的特性占据了较大的市场份额。两种技术无高低优劣之分,主要取决于功率等级和应用场景。

双馈式风力发电机组的系统将齿轮箱传输到发电机主轴的机械能转化为电能,通过发电机定子、转子传送给电网(参考下图)。发电机定子绕组直接和电网连接,转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步发电时,通过定转子两个通道同时向电网馈送能量,这时逆变器将直流侧能量馈送回电网。在亚同步发电时,通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态,变流系统双向馈电,故称双馈技术。

Wang_Fred_0-1674888264010.png

双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机,主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。

直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机,主要由风轮、传动装置、发电机、控制系统等组成(如下图)。为了提高低速发电机效率,直驱式风力发电机组采用大幅度增加极对数(一般极数提高到100左右)来提高风能利用率,采用全功率变流器实现风力发电机的调速。

Wang_Fred_1-1674888423265.png

直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁永磁两种。电励磁直驱风力发电机组采用与水轮发电机相同的工作原理,技术成熟。永磁直驱是近年来研发的风电技术,该技术用永磁材料替代复杂的电励磁系统,发电结构简单,重量相对励磁直驱机组较轻。

但永磁部件存在长期强冲击振动和大范围温度变化条件下的磁稳定性问题,永磁材料的抗盐雾腐蚀问题,空气中微小金属颗粒在永磁材料上的吸附从而引起发电机磁隙变化问题,以及在强磁条件下机组维护困难问题等。此外,永磁直驱式风力发电机组在制造过程中,需要稀土这种战略性资源的供应,成本较高。

双馈风机与直驱风机的区别:

1、双馈风机需要增速机构,一般采用齿轮箱;直驱风机不需要;

2、双馈风机的变频器容量是额定容量的1/3左右;直驱风机的是变频器容量一般是等同于额定容量;

3、双馈风机低于同步转速的时候,定子发电,转速吸电(用于励磁和磁场的旋转),超过同步转速之后,定子和转子都在发电;直驱风机在整个区域都是定子在发电;

4、双馈风机需要滑环,需要维护,工作量不大,但是几年后的周期要缩短;直驱风机一般不需要滑环,减少了维护量;

5、双馈风机有齿轮箱,维护量较大;直驱风机没有齿轮箱,没有维护量;

6、到了单机一定容量以上:双馈的整体尺寸和重量虽然可以控制得住,但是齿轮箱会变得很大;而直驱的发电机就会变得很巨大了,需要拆开来运输,现场分开安装;

7、双馈风机的传动链较长,直驱风机传动链很短,从同一距离机械损耗比电气损耗要高一个数量级的原则上看,双馈的总体效能不如直驱;但是,因为磁钢材料牌号和气隙设计等各种问题,实际上某些厂家的直驱风机效能也不一定高;

8、从成本来说,双馈风机要略低于直驱风机,主要是磁钢材料高居不下的原因;

9、从整机容量不断攀升和叶片越来越长的设计情况来看,双馈风机的传动链长可以不太担忧叶片与塔筒之间的问题,而直驱风机的设计可要面对这个问题;所以一般双馈风机的水平倾角要小一点,而直驱风机的要大一点。

为什么双馈发电机能成为当下的主流机型呢?

1、直驱发电机的体积非常大,直驱发电机的机组比双馈机组大很多;

2、直驱发电机对轴承等转动部件的要求极高;

3、直驱发电机所用的永磁材料在震动、冲击、高温情况下容易发生失磁现象;

4、直驱发电机中含铁,在海上强盐雾的情况下防腐问题没有得到解决;

5、直驱发电机组现场不具有维护性,无法在现场条件下维修,一旦出现问题必须要运送回厂家进行维修;

6、风轮和发电机直接连接会增加叶片的冲击载荷,并且将其直接传递到发电机上,增加了发电机出故障的可能性;

Best Regards,

Fred

在原帖中查看解决方案

1 回复
Wang_Fred
Moderator
Moderator
Moderator
5 questions asked 100 solutions authored 250 sign-ins

您好,

双馈和直驱两种技术几乎是同时出现的,甚至直驱技术的出现要比双馈技术更早些。但是发展至今,双馈技术因其运行稳定的特性占据了较大的市场份额。两种技术无高低优劣之分,主要取决于功率等级和应用场景。

双馈式风力发电机组的系统将齿轮箱传输到发电机主轴的机械能转化为电能,通过发电机定子、转子传送给电网(参考下图)。发电机定子绕组直接和电网连接,转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步发电时,通过定转子两个通道同时向电网馈送能量,这时逆变器将直流侧能量馈送回电网。在亚同步发电时,通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态,变流系统双向馈电,故称双馈技术。

Wang_Fred_0-1674888264010.png

双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机,主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。

直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机,主要由风轮、传动装置、发电机、控制系统等组成(如下图)。为了提高低速发电机效率,直驱式风力发电机组采用大幅度增加极对数(一般极数提高到100左右)来提高风能利用率,采用全功率变流器实现风力发电机的调速。

Wang_Fred_1-1674888423265.png

直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁永磁两种。电励磁直驱风力发电机组采用与水轮发电机相同的工作原理,技术成熟。永磁直驱是近年来研发的风电技术,该技术用永磁材料替代复杂的电励磁系统,发电结构简单,重量相对励磁直驱机组较轻。

但永磁部件存在长期强冲击振动和大范围温度变化条件下的磁稳定性问题,永磁材料的抗盐雾腐蚀问题,空气中微小金属颗粒在永磁材料上的吸附从而引起发电机磁隙变化问题,以及在强磁条件下机组维护困难问题等。此外,永磁直驱式风力发电机组在制造过程中,需要稀土这种战略性资源的供应,成本较高。

双馈风机与直驱风机的区别:

1、双馈风机需要增速机构,一般采用齿轮箱;直驱风机不需要;

2、双馈风机的变频器容量是额定容量的1/3左右;直驱风机的是变频器容量一般是等同于额定容量;

3、双馈风机低于同步转速的时候,定子发电,转速吸电(用于励磁和磁场的旋转),超过同步转速之后,定子和转子都在发电;直驱风机在整个区域都是定子在发电;

4、双馈风机需要滑环,需要维护,工作量不大,但是几年后的周期要缩短;直驱风机一般不需要滑环,减少了维护量;

5、双馈风机有齿轮箱,维护量较大;直驱风机没有齿轮箱,没有维护量;

6、到了单机一定容量以上:双馈的整体尺寸和重量虽然可以控制得住,但是齿轮箱会变得很大;而直驱的发电机就会变得很巨大了,需要拆开来运输,现场分开安装;

7、双馈风机的传动链较长,直驱风机传动链很短,从同一距离机械损耗比电气损耗要高一个数量级的原则上看,双馈的总体效能不如直驱;但是,因为磁钢材料牌号和气隙设计等各种问题,实际上某些厂家的直驱风机效能也不一定高;

8、从成本来说,双馈风机要略低于直驱风机,主要是磁钢材料高居不下的原因;

9、从整机容量不断攀升和叶片越来越长的设计情况来看,双馈风机的传动链长可以不太担忧叶片与塔筒之间的问题,而直驱风机的设计可要面对这个问题;所以一般双馈风机的水平倾角要小一点,而直驱风机的要大一点。

为什么双馈发电机能成为当下的主流机型呢?

1、直驱发电机的体积非常大,直驱发电机的机组比双馈机组大很多;

2、直驱发电机对轴承等转动部件的要求极高;

3、直驱发电机所用的永磁材料在震动、冲击、高温情况下容易发生失磁现象;

4、直驱发电机中含铁,在海上强盐雾的情况下防腐问题没有得到解决;

5、直驱发电机组现场不具有维护性,无法在现场条件下维修,一旦出现问题必须要运送回厂家进行维修;

6、风轮和发电机直接连接会增加叶片的冲击载荷,并且将其直接传递到发电机上,增加了发电机出故障的可能性;

Best Regards,

Fred