1.转子结构类型
双馈风力发电机转子绕组有成型绕组、矩形半线圈以及散嵌绕组3种型式,如图3-16和图3-17所示。
图3-16 成型绕组转子
图3-17 矩形半线圈转子
2.主要考虑因素
(1)发电机转子接变频器,会增大转子损坏的危险。
(2)发电机转速变化范围最大可为同步转速±30%,一般在同步转速70%~130%内调节转速。
(3)转子绕组端部必须有牢固的支撑,以适应机械旋转和发电机内部的温度环境要求。转子绕组端部的固定与防护是一个难点,既要能保证飞逸工况下的最大离心力不被损坏,又要保证适宜的通风。
(4)转子引线可靠连接和固定,确保运行可靠。
(5)转子在稳态和暂态性能方面还有一些新问题需要研究,如桨距控制中的动态入流现象、用短路棒保护方式进行低电压穿越存在的问题等。
3.转轴强度计算
变桨过程中风轮的机械转矩过冲快速变桨时会产生动态入流现象。在桨距控制型风力发电机组中机械转矩会出现明显过冲,过冲量取决于风轮运行状态和风轮半径,风速越低、变桨速率越大、风轮半径越大,过冲量就越大。
发电机在转速上升阶段会有数倍额定转矩施加在其转轴上(大于系统要求的最大转矩,即2倍额定转矩)。图3-18所示为桨距控制型风力发电机组以不同变桨速率使功率从额定功率的20%提高到100%时的机械转矩。
图3-18 桨距控制型风力发电机组以不同变桨速率使功率从额定功率的20%提高到100%时的机械转矩(www.xing528.com)
在转子侧变频器闭锁的同时,发电机转子回路通过一定阻值的短路棒短接,发电机继续作为常规感应发电机运行。在系统采取短路棒保护方式进行低电压穿越时,将可能在瞬时将数倍发电机额定转矩施加在其转轴上(远大于系统要求的最大转矩,即2倍额定转矩)。图3-19表示电机低电压穿越能力,关于低电压穿越详细内容见第4章。
图3-19 低电压穿越能力
4.转子线圈并头连接
对于采用半闭口槽或半开口槽的转子,其矩形半线圈两端头的钎焊是制造的难点,也是影响发电机运行可靠性的关键点之一。图3-20表示电机并头结构,图3-21表示并头钎焊工艺。
图3-20 电机并头结构
图3-21 并头钎焊工艺
5.转子电缆引出线的固定
转子电缆引出线需与转子线圈端部并头环连接,然后从转轴滑环端的深孔中引出,再连接到滑环上。如何确保可靠连接和可靠固定是直接影响高速运转的发电机运行可靠性的关键点之一。图3-22为电缆引出线在转轴深孔中的固定方式之一——灌封固定工艺试验图。
图3-22 电缆引出线在转轴深孔中的固定方式之一——灌封固定工艺试验
也可借鉴图3-23中的汽轮发电机集电环结构理解转轴深孔中导电杆与集电环固定方式。
图3-23 一种汽轮发电机集电环装配简图
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