发电机的形式探析

风力发电机组上的发电机把机械能转换成电能。而叶片把风的动能转换成传动系统的旋转机械能。发电机完成风力机的下一步，向电网提供电能。

本节将讲述发电机的安全要素以及它与风轮及传动系统的相互作用，而发电机与电网的相互作用将在第9章中讲述。发电机的例子如图6-24所示。

发电机的转速取决于电网频率和极数，即

式中 f——电网频率（Hz）；

p——极对数；

n_s——同步转速（r/min）。

图6-24 六极发电机

产生的交流电输入电网，必须符合电网的频率。风力机风轮由于物理原因不允许这样高的转速，所要求的发电机转子转速通过风力机中的齿轮箱获得。如果风轮以发电机转子的高速转动，将会导致气动问题和超音速问题。噪声也会存在问题，同时离心力也会太高。多极发电机有一个优点，它可以减少发电机的机械复杂性，减小齿轮箱的速比，有时甚至可以省略齿轮箱。

发电机有两种形式：(www.xing528.com)

1）同步发电机；

2）异步发电机。

同步发电机恒定转速运行，该转速由所连接的电网频率规定而与作用在其上的力矩无关。电网频率所规定的转速也就是通常所说的同步转速。

异步发电机也是一种发电机，它允许有一定的转差，即偏离由电网频率所规定的转速。换句话说，转速可以随施加的力矩而变化。它是风力发电机组中最常用的发电机形式。变型的绕线转子是常用的。转差定义为发电机转速与电网确定的转速之差。转差有时以后者的百分数的形式给出。如果转差最高不超过1%，则异步发电机的运行模式仍然归结为定转速，此时转差并不大。如果允许较大的转差，在10%以内，此时可以通过电子技术，如转子电流控制器来改变，那么它就可以归结为可变转差。风力机的变桨或失速控制，也就意味着它能确保发电机不超过允许转差。

变转差的优点主要反映在风力发电机组达到额定功率以后。在额定功率情况下，由于风速的变化导致功率波动。当阵风袭击风力机转子时，转差能够使发电机转速增加以响应阵风，而不引起发电功率的增加。这样转差能够确保平滑的功率输出，同时维持作用在叶片、主轴和齿轮箱上的载荷。

对于异步发电机来讲，运行转速随作用在其上的力矩变化是有好处的，因为这意味着比同步机较小的峰值载荷、较小的磨蚀及破损。这是风力发电机组上大多采用异步发电机而不采用同步发电机的重要原因之一，后者可以直接同电网耦合连接。另一个使用异步发电机的原因是有了一定的转差后结构系统就有了一定的弹性。

传统上，发电机上的主动材料（Active materials）包括布置在绕组上的磁导铁心和电气导线。永磁体正越来越多地得到应用，电气器件，如温度传感器已变成发电机的组成部件。

考虑到功率切换和失效，发电机必须能够承受反相100%的残余电压，否则就必须在控制系统上采用特殊的安排以防止出现这样的情况。

发电机以这样的方式构造，在任何工作转速运行时，所有旋转部件都进行了很好的平衡。在恰当的位置装有终端接线盒，并且有足够的操作空间以方便与外部电缆连接。