永磁直驱风力发电机E0低于电网电压能发电吗？

电机小学生

和同学讨论永磁直驱风力发电机E0（空载感应电动势）选取的问题，有几个问题比较糊涂，希望大家能帮着讲解一下，先在这里谢谢您了！

条件：一台MW级的永磁直驱风力发电机，并网运行，网上电压为690V（线）  相的为：690/1.73=398V

1 若我发电机机设计在, 额定转速40rmp（这个是随意说的，可能不符合实际）时 ，空载感应电动势是370V(相间)   ，那么电机能不能发出电来？

2 接上面问题，若能，那额定转速40rmp，空载感应电动势是170V(相间)呢？ 若不能，这个空载感应电动势必须要比398V(690/1.73=398V

)高吗？

3 听人说（可能不对），即使发电机发出的电压比网上电压低，也能被强制为网上电压，那么就是说发电机在额定转速运行时，明明只能发出300V的电压，却也被强迫为398V啦，那电流在额定为100A(随意给的)，那么这样电流会变成多少呢，电机的输出功率在额定为1MW的话，这时又变成多少呢？     【这种说法对吗？】

4  电网是有功率因数的吗？那么我发电机挂在电网上，所谓电机的功率因数，是指的和电网的功率因数一样的吗？

5说 发电机和电网之间会有一个变频器（变流器）之类的东西，能升压，就是我无论发电机发出多大的电压，都能整成网上的电压（怎么都觉得不靠谱），是这样的吗？ 那是发电机直接和电网连啊？


问了好多似乎很弱的问题，以前搞电动机，对永磁发电机还是并网的，完全没概念！让您见笑了，再次感谢您的解答！  谢谢！！！！









上面的讨论与求助截止到19楼，总结与新的讨论如下：



我做一个总结  ，看看是不是这样的

1 永磁风力发电机，若直接挂在690V(线)[不接变流器和升压变压器]的电网上，那么它的空载感应电动势E0（线的）若是≤690V  是肯定发不出来电的！

2 永磁风力发电机，若挂在690V(线)电网上，并接变流器，那么它的空载感应电动势E0（线的）若是≤690V，也是有发出电的可能的！具体空载反电势要比网上电压少多少，也可以发出电来，要看变流器中的电抗器的参数，其原理相当于 升压斩波电路的原理。

3 实际MW级的永磁风力发电机，是经过变流器和多级的升压变压器挂在KV级别的电网上的，所以即使 由于设计的原因 空载感应电动势要比  用户所要求的电压低一些，也是能发出电来的 ！（当然，这是没满足用户的要求啦！），只要不是低的太多！

这是我上面的一点总结，继续问问

条件是：MW级的永磁直驱风力发电机，经过变流器和多级的升压变压器挂在KV级别的电网

（1）用户要求 在额定转速下  譬如400rmp，电压为U=690V,发出的功率为1.5WM,  由于设计原因 我电机在400rmp下，电压U=为600V，发出的功率为1.5WM,  那么在使用中，会有什么结果？

（2）电机学告诉我们，在发电机并网运行时，其端电压U为电网电压，并保持恒定！ 那么在这种MW级的永磁直驱风力发电机，经过变流器和多级的升压变压器挂在KV级别的电网
时，发电机的端部电压是否保持恒定？恒定的话，值怎么求得？   若不恒定，都与那些量有关？

（3）对于独立运行的发电机来说，负载运行，相当于三个感阻或容阻性阻抗分别与发电机的三相绕组串接，那么接在无穷大电网时，是否也可以这么认为，那么阻抗的值如何求得！

（4）MW级的永磁直驱风力发电机，可否在额定点，设计在增磁状态，那么电流将超前电压，为什么这种状态，功率因数会低（或者完全可以，没事！）

推测:发电机的输出电压会一直保持一个恒定的值，这就要求原动机的转速不能变，于MW级的永磁直驱风力发电机，可以通过变浆，使原动机始终保持一个恒定的转速，这样就能实现发电机的恒压恒频，即以发电机的输出电压作为一个反馈值，通过变浆来改变改变原动机的转速，从而改变发电机的空载感应电动势，从而改变发电机的输出电压，但这个推测的问题是，原动机的转速变了，那么发电机的频率也变了，这个又是方法就实现不了恒频了啊！


  我对控制完全外行，发电机也外行，所以问的很弱，让大家见笑了！   希望大家能耐的住兴致，帮帮我的忙！  再次谢谢大家!

zengxiaodong

要理解您的上述问题，必须要对于变频器（逆变器、PWM整流器，叫法不同其实是同一个东西）的工作原理比较熟悉，尤其是最好了解具体的换流过程。

原则上来说，发电机的电压不管是多少，都可以通过变流器连接到电网实现发电功能。这是由于变流器和电容电感等无源器件共同作用的结果，举一个最简单的例子，就说变频器驱动的塔吊电机吧，如果塔吊吊着重物从高空下降，则电机处于发电状态，不管电机转速如何均是如此，假设转速很低下降，则电机的反电势肯定也是很低的，此时并不会说能量就不能从电机回馈到变频器，同样，更不会能量无法回馈到电网！这其中起重要作用的是电机电感，使得在IGBT关断瞬间能够出现高于母线的电压。实际上不管宏观功率因数如何，变频器都是极其快速地切换并且时而发电时而电动进行工作的，这种瞬时效应的累加就构成了宏观上的功率因数，也就决定了电动和发电的过程！

电机小学生

“发电机的电压不管是多少，都可以通过变流器连接到电网实现发电功能”

那就是说  我发电机  能发出10v的电  （当然这时电流应该蛮大的吧！）  挂在电网690也行？

学过升压斩波电路 似乎.......

电机小学生

娄版主 您能给说说嘛！

电机小学生

还是没人理睬嘛？

张老五

曾老师真是太有才了。请看大屏幕：
原则上来说，发电机的电压不管是多少，都可以通过变流器连接到电网实现发电功能。这是由于变流器和电容电感等无源器件共同作用的结果，举一个最简单的例子，就说变频器驱动的塔吊电机吧，如果塔吊吊着重物从高空下降，则电机处于发电状态，不管电机转速如何均是如此，假设转速很低下降，则电机的反电势肯定也是很低的，此时并不会说能量就不能从电机回馈到变频器，同样，更不会能量无法回馈到电网！这其中起重要作用的是电机电感，使得在IGBT关断瞬间能够出现高于母线的电压。实际上不管宏观功率因数如何，变频器都是极其快速地切换并且时而发电时而电动进行工作的，这种瞬时效应的累加就构成了宏观上的功率因数，也就决定了电动和发电的过程！
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同学们，最新消息，变压器行业可以消亡了，因为不管电压有多低，只要有曾老师的变流器存在，想升多高，就能升多高。

电机小学生

回复 7# 张老五


    张大哥！  您给具体说说嘛！  

这个帖子  李师爷.娄博也应该都蛮清晰的   希望大家都说说嘛！

就是1.5MW的 永磁直驱风力发电机的实际问题  

实际是怎么样的呢！   再次谢谢大家了！

张老五

回复 8# 电机小学生


    说真的，直驱发电机的变流系统我是外行，到底在多大范围内可以输出，我也不是很清楚。
不过我至少还知道一些常识，就如你自己说的，给个10伏的发电机，靠变流器就能升到380？

tjulix

我也没做过发电机，但是凭个人直觉也有一些看法，抛砖引玉，期待高人斧正：
1 若我发电机机设计在, 额定转速40rmp（这个是随意说的，可能不符合实际）时 ，空载感应电动势是370V(相间)   ，那么电机能不能发出电来？
假如你不经过中间环节，直接接入电网，并且我们忽略电网压降，那么此时就相当于接入一个恒压电源，那么为什么不能看成一个电源带动电动机？只不过此时负载转矩为“负”（原动机），可想而知这时电动机会被强行提速（在原动机作用和电源作用下），直至反电势与电网电压平衡，进入电动机的空载运行状态。假如此时转矩还能保持一个“负值”，那么此时才进入了发电状态的临界点。可以推知，为什么发电机并网时要看相位和幅值了，如果搞得不好，电网能量涌进来，将原动机强行提速，确实机械上可能会吃不消。

2 接上面问题，若能，那额定转速40rmp，空载感应电动势是170V(相间)呢？ 若不能，这个空载感应电动势必须要比398V(690/1.73=398V)高吗？
如上

3 听人说（可能不对），即使发电机发出的电压比网上电压低，也能被强制为网上电压，那么就是说发电机在额定转速运行时，明明只能发出300V的电压，却也被强迫为398V啦，那电流在额定为100A(随意给的)，那么这样电流会变成多少呢，电机的输出功率在额定为1MW的话，这时又变成多少呢？     【这种说法对吗？】
如上所述，当电机端电压被强迫提到398V，那么此时转速也必然会发生变化，进入一个新的平衡点，假如原动机的输出功率不变，此时电流就会变为300×100/398了（不考虑功率因数，大概估计的话）

4  电网是有功率因数的吗？那么我发电机挂在电网上，所谓电机的功率因数，是指的和电网的功率因数一样的吗？
回到最简单一个问题：当用市电带一个100W的小电机，发现电机功率因数只有0.6，那么我们会说电网PF就只有0.6么？不会，而是可能稍稍会比接电机之前下降一点，这取决于整个电网的无功吸收/发生的状态。假如这个电网只有一个相当于10uF的电容（纯粹是打比方）的无功能力，那么显然一下会从如0.99拖到如0.7，反之（通常状态）当然不会有什么影响，电机依然是0.6的PF，电网可能是0.98等。这样就可推知为什么电网公司对设备的PF要求较高，一个两个不怕，假如大家的都很低，他们就必须花钱去增加无功补偿的设备，电网利用率也会下降。

5说 发电机和电网之间会有一个变频器（变流器）之类的东西，能升压，就是我无论发电机发出多大的电压，都能整成网上的电压（怎么都觉得不靠谱），是这样的吗？ 那是发电机直接和电网连啊？
说到中间环节，我的先更正一下某位同学的观点：整流是整流，逆变是逆变，变频器一般包括整流和逆变模块。三者严格不等
单纯接一般变频器的话，不会有电能回馈功能（否则为什么风电中还要专门开发双馈控制？直接用成熟的变频器多简单哪），这个原理也好解释，变频器输入的是AC，经过整流变为DC，可是DC（或者说母线电压）能反向通过整流模块就变为AC么？自己画下电路就知道了。这必须通过另一个逆变才能实现（还必须考虑滤波及PF）。
至于电压变换，不止仅有变频器一种手段，常见的电厂就是通过若干级变压器将发电机的电压提升至KV级甚至更高。

tjulix

电机驱动模块中IGBT关断时确实会产生尖峰电压，但这和能量回馈是两码事。
变频器驱动的电机在整个四象限运行时都会有IGBT的打开和关断，难道也都是都在发电不成？

hitsammi

交流发电机的空载电压可以比电网电压低（相差不是很大），在这种情况下直接并网运行，发电机向电网提供有功，但吸收无功功率。例如同步发电机的欠励运行，就应该是这种状态。

y1949b

也学习一下   

tjulix

交流发电机的空载电压可以比电网电压低（相差不是很大），在这种情况下直接并网运行，发电机向电网提供有功 ...
hitsammi 发表于 2010-10-18 08:55

                               
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    恩，我想换种说法就是，此时会有一部分电压用于产生励磁，以弥补单纯转子反电势电压的不足。所以电机端电压仍然是“高于”电网电压（就是说能量可以回馈电网），所以这个状态是不是有点像电动机的弱磁控制？只不过弱磁控制是弱磁升速，但是这种状态是增磁降速。

张老五

这个问题很有趣，相当的有趣。
可惜正主不在，也许是出门在外，不方便查资料吧？
关于这个问题，向某同学学习，先从“纯”理论上来探讨一下。
首先，假设发电机不经过任何设备直接接电网，那么，前面已经讨论得很充分了。就不再多说了。
主要讨论的是，发电机经过变流器后，在电压低于电网电压时，能否向电网输出能量？
这个问题又要分两种情况。一种，变流器未经过特殊设计，虽然具有逆变回馈的能力，此时，跟发电机跟电网直接相连并无本质的区别。所以说，前面某位同学的解释是根本错误的，不是什么靠IGBT元件的关断来产生高电压，因为元件关断的电压是作用在元件上的，如果这种说法成立，那么任何一台电机在断电的时候都能向电网馈电了，可能吗？
那么，什么样的变流器能够有这样的功能呢？说难也不难，只要在直流回路上串联一个适当的电抗器，那么当电网电压的瞬时值高于发电机电压时，由于电抗器的电感续流作用，电流不会立刻中断，而是继续流向电网，也就继续向电网反馈能量，直至电抗器中的能量耗尽，或者是电压差继续增大，元件自然换流为止。这一点，其实跟变频器之中的换流角（似乎是这个名词吧，或者叫延迟换流？）非常类似。
在某些情况下，例如电压差不太大，而且电抗器的参数合适的时候，这种能量的回馈可以一直持续下去，从而实现发电机在电压小于电网的时候也能发电。
在些种情况下，即使没有变流器和电抗器，仅仅发电机本身也有一定的这种能力，也就是前面13楼提到的发电机欠励运行。

张老五

其实，前面的分析已经可以明白地看出，这样的能力是有限的，不管是直联还是变流器，都不可能无限制地“升压”发电。究竟能升多少压，跟发电机和电网的电压差有关，跟电抗器（或者说是发电机和电抗器）的电抗有关。
那么继续“纯”理论探讨，能否有这样的可能性，使得发电机的电压无论有多低，也能升压到电网电压呢？从“纯”理论上来说，只要这个电抗足够大，那么就足以保持这种电流的流动。也许，此时的电抗器的电抗值，会是发电机的几百倍，会比直接装个变压器还要大得多。

张老五

接下来的，才是重点，因为下面要讨论的，是非常实际的问题。
首先，有必要设计和安装有这么大升压能力的变流器么？要知道，变流器的升压能力，是同电抗器的大小密切相关的。换句话说，如果有人设计了一台能把10伏电压升到380伏继续发电的变流器，当发电机电压在300伏以上时，这个电抗器就是一个巨大的电炉，足够把整台变流器烧成一堆骨架。
其次，即便是通过电抗器能够实现低电压升压发电，但当电压跌落到一定程度时，发电的时间必然不能覆盖整个正弦周期。众所周知，这样必然会给电网输入谐波。而且，电压差越大，覆盖的时间越短（相对正弦周期而言），谐波分量也就越大。而谐波是会带来额外的损耗的。也就是说，当电压差达到一定程度后，继续发电，即使在技术上是可能的，实际上也就没有意义了。
可见，所谓“发电机的电压不管是多少，都可以通过变流器连接到电网实现发电功能”，根本就不是一种可能性，甚至也不具有理论上的意义，大概只有想像中的可能罢。即使是从理论上来说，人类还没有可能制造出一台电抗值无穷大的电抗器，自然也就不可能把“不管是多少的电压通过变流器连接到电网实现发电功能”！

jacky_1001

如果切入风速太低，发电机发出的电压也会很低，此时系统将不会向电网送电。

电机小学生

感谢  tjulix 版主、  张老五大哥、曾老师、hitsammi 的热心回答，谢谢你们的帮助！

我做一个总结  ，看看是不是这样的

1 永磁风力发电机，若直接挂在690V(线)[不接变流器和升压变压器]的电网上，那么它的空载感应电动势E0（线的）若是≤690V  是肯定发不出来电的！

2 永磁风力发电机，若挂在690V(线)电网上，并接变流器，那么它的空载感应电动势E0（线的）若是≤690V，也是有发出电的可能的！具体空载反电势要比网上电压少多少，也可以发出电来，要看变流器中的电抗器的参数，其原理相当于 升压斩波电路的原理。

3 实际MW级的永磁风力发电机，是经过变流器和多级的升压变压器挂在KV级别的电网上的，所以即使 由于设计的原因 空载感应电动势要比  用户所要求的电压低一些，也是能发出电来的 ！（当然，这是没满足用户的要求啦！），只要不是低的太多！

这是我上面的一点总结，继续问问

条件是：MW级的永磁直驱风力发电机，经过变流器和多级的升压变压器挂在KV级别的电网

（1）用户要求 在额定转速下  譬如400rmp，电压为U=690V,发出的功率为1.5WM,  由于设计原因 我电机在400rmp下，电压U=为600V，发出的功率为1.5WM,  那么在使用中，会有什么结果？

（2）电机学告诉我们，在发电机并网运行时，其端电压U为电网电压，并保持恒定！ 那么在这种MW级的永磁直驱风力发电机，经过变流器和多级的升压变压器挂在KV级别的电网
时，发电机的端部电压是否保持恒定？恒定的话，值怎么求得？   若不恒定，都与那些量有关？

（3）对于独立运行的发电机来说，负载运行，相当于三个感阻或容阻性阻抗分别与发电机的三相绕组串接，那么接在无穷大电网时，是否也可以这么认为，那么阻抗的值如何求得！

（4）MW级的永磁直驱风力发电机，可否在额定点，设计在增磁状态，那么电流将超前电压，为什么这种状态，功率因数会低（或者完全可以，没事！）

推测:发电机的输出电压会一直保持一个恒定的值，这就要求原动机的转速不能变，于MW级的永磁直驱风力发电机，可以通过变浆，使原动机始终保持一个恒定的转速，这样就能实现发电机的恒压恒频，即以发电机的输出电压作为一个反馈值，通过变浆来改变改变原动机的转速，从而改变发电机的空载感应电动势，从而改变发电机的输出电压，但这个推测的问题是，原动机的转速变了，那么发电机的频率也变了，这个又是方法就实现不了恒频了啊！


  我对控制完全外行，发电机也外行，所以问的很弱，让大家见笑了！   希望大家能耐的住兴致，帮帮我的忙！  再次谢谢大家!

电机小学生

回复 10# tjulix


    回复 6# 张老五
希望大家给说说，谢谢了！

电机小学生

又沉下去了  希望大家多多讨论