在异步电机转子以变化的转速转动时， 只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率 （即 f1S）的电流，则在双馈电机的定子绕组中就能产生 50 Hz 的恒频电势。所以根据上述原理， 只要控制好转子电流的频率就可以实现变速恒频发电了。 根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三种运行状态： 1）亚同步运行状态：在此种状态下 n＜n1，由转差频率为 f2 的电流产生的旋转磁场转速 n2 与转子的转速方向相同，变流器向发电机转子提供交流励磁，定子输出电能给电网，转 子从电网吸收能量； 2）超同步运行状态：在此种状态下 n＞n1，改变通入转子绕组的频率为 f2 的电流相序，则 其所产生的旋转磁场的转速 n2 与转子的转速方向相反，发电机定、转子同时向电网输出能 量； 3）同步运行状态：在此种状态下 n=n1，这表明此时通入转子绕组的电流频率为 0，也即直 流电流，变流器向转子提供直流励磁，与普通的同步电机一样。
参考资料： 1.陈世坤 .电机设计 .机械工业出版社,2000 年 2.湘潭电机厂编. 交流电机设计手册.湖南人民出版社，1978 年 3.杨强，黄守道，高剑. 兆瓦级交流励磁双馈风力发电机的电磁设计研究.大电机技 （1） 60 n1=n±n2=常数 （2） pn p (n1 n) pn1 n1 n f2 2 f1S （3） n1 60 60 60 注：f1 电网频率， n1 同步转速，f2 转子磁场频率，n2 转子磁场转速， n 转子转速， S 转差率，p 极对数 f1
2.
发电机运行环境 环境运行温度 环境生存温度 相对湿度 海拔高度 -35℃～+50℃（机舱内部） -45℃～+70℃（机舱内部） 5%～95%（机舱内部） ＜2000m
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基本参数
电机类型 双馈异步发电机（DFIG） 额定功率 2450kW 中心高 630mm 定子电压（线电压） 690V 转子开口电压（线电压） 1830V 额定频率 50Hz 相数 3 额定转速 1200rpm 旋转方向 CW（从驱动端看） 极数 6 运行模式 S1（连续运行） 定子绕组连接类型 Y 转子绕组连接类型 Y 绝缘等级 H级 冷却方式 IC616 安装方式 IM1001（IM B3） 防护等级 IP54（电机本体）；IP23（滑环室） 发电机轴的轴功率 2526kW（S1） 额定工况效率 ≥97% 4. 发电机的电磁设计： 电磁设计是发电机的关键技术，设计时充分考虑： 1）海拔高度对发电机散热的影响，随着海拔高度的增加，发电机的散热能力降低，本发电 机电磁设计时温升限制降低 10K; 2）高原发电机绕组会出现电晕的情况，因此应合理采用绝缘系统； 3 ） 满 足 电 网 宽 频 宽 压 运 行 的 要 求 ， 本 发 电 机 运 行 电 压 690V±15% ， 运 行 频 率 范 围 47.5 Hz～51.5Hz，电磁设计时应取较低的磁负荷及热负荷； 4）风力发电机功率因数运行范围宽（-0.95～+0.95），电磁设计时应增大发电机容量，按 2579kVA 进行电磁设计； 5）转子采用变频器供电时发电机谐波的影响，引起转子铁耗和定转子铜耗的增加，引起绕 组温升的增加，设计时降低发电机的热负荷。 综合考虑以上因数，电磁设计结果如下： 定子铁心外径/内径 Da/Di: 1100/815mm 转子铁心内径 Do: 470mm 气隙δ:2.2mm 定转子槽数 Z1/Z2: 72/54 定转子铁心总长 Lt1/Lt2: 800/800mm 定转子接法: Y/Y 气隙磁密: 6984 GS 定子齿磁密：16006 GS 定子轭磁密: 14712 GS 转子齿磁密：15141 GS 转子轭磁密：14598 GS 效率：97.2%
2.3MW 双馈异步风力发电机的设计
赵涧波 张修兵 （东方电气（乐山）新能源设备有限公司，四川 乐山，614000） 摘要：兆瓦级双馈异步风力发电机用于并网的大型风力发电机组，解决了风速变化、上 网频率不稳定的问题，是目前世界各国风力发电机技术最为成熟、生产量最多的一种型式。 在目前技术水平上 1.5MW、2.0MW 双馈异步风力发电机组运行稳定、综合效益好。为满足市 场需要，我公司新研制了 2.3MW 双馈异步风力发电机。 关键词：双馈 风力发电机 电磁设计 结构设计 0.引言 风力发电与其他种类发电相比，具有能源可再生、无污染、对周边生态系统破坏较小的 优点。国家正大力发展风力发电，随着风电的进一步发展，全国各地兴建的风力发电场将越 来越多，对风力发电机的需求量会越来越多，2.3MW 双馈异步风力发电机是适应市场而开发 设计的。 1.运行原理 双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故 简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象 同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机。 交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三 是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量。改变转子励磁的相位时， 由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位臵上有一个位移， 这就改变了发电机电势与电网 电压相量的相对位移，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。 所以交流励磁不仅可调节无功功率，还可以调节有功功率。频率关系如下：
定子电流密度：3.23A/mm2 定子线负荷:605A/cm 2 转子电流密度：3.16A/mm 转子线负荷 644A/cm 5. 发电机的结构设计 2.3MW 双馈异步风力发电机主要由定子、转子、前后轴承室及端盖、空气冷却器、定 转子接线箱和集电环及刷架等组成。
2.3MW 双馈异步风力发电机 1）发电机机座采用钢板焊接结构，焊接后进行退火处理；定子线圈为圈式线圈，导线选用 云母带绕包铜扁线。 2）发电机转子为支架式结构，轴上铁芯前后装轴流风扇，加强内部空气的流动。 3）铁芯采用 50W350 冷轧硅钢片，以减少发电机铁耗。 4）轴承采用国际知名品牌,轴承本体不绝缘，其绝缘通过轴承体结构绝缘; 轴承润滑采用自 动注脂泵润滑，注脂泵带自动故障报警。 5）发电机冷却方式为 IC616.空冷器传动端装有两个冷却风机，传动侧每个风机电机为三相 电压 690V，频率 50Hz，功率为 4kW，风量 10000m3/h。 6)集电环采用外径为 320mm 的集电环， 安装于非传动端轴上,通过转子轴上的风扇进行冷却。 7) 为防止轴电流对轴承的腐蚀，采用端盖绝缘及转子双端接地结构。 8）绝缘系统采用 H 级绝缘，少胶 VPI 整体浸漆技术。 9）考虑高海拔地区潮湿、昼夜温差大的气候特性，防止电机绝缘系统受到损害。在定子下 部设有 4 个加热器，集电环罩装 1 个加热器，每个冷却风机装一个加热带。 10）发电机设以下温度监控：6个绕组Pt100测温元件，每个轴承有二个Pt100，6个PTC160 热敏电阻。 6. 结束语 2.3MW 双馈异步风力发电机是 2MW 双馈异步风力发电机的延伸产品，其外形及安装尺 寸均相同。只要对风机进行微小优化设计，可以直接装机使用。按每个风场装机容量 50MW 计，每个风场可以少装 3 台机组，具有较高的经济效益和社会效益。