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异步发电机,永磁同步发电机,永磁直驱同步发电机的优缺点

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发表于 2008-12-20 03:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 naulff 于 2009-7-16 09:16 编辑

异步发电机,永磁同步发电机,永磁直驱同步发电机的优缺点,
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发表于 2009-1-20 11:24 | 显示全部楼层
半直驱,混合型,没准是个很好的方向
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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2009-2-7 20:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2009-2-7 20:07 编辑

我正在搞半直驱型大型风力发电机,不是Multibrid的那种一级行星齿轮传动,这种半直驱有哈飞在做,其传动比只有5.71太小了,永磁发电机体积还是很大,另外行星齿轮的可靠性和性价比也不高。GE论证过一种行星齿轮加一级斜齿轮增速的方案,但未投产。美国Clipper公司生产一种两极斜齿轮的多电机方案,卖得很火且获得美能源部的奖项......

我们用的是一级定轴斜齿轮的多电机方案,一个大齿轮带动2~6个小齿轮,每个小齿轮与一个永磁同步发电机相连,传动比可达18,单电机功率750kW,最多配置6台电机,总功率可达4500kW,是目前国内最大的!

齿轮参数如下:低速轴转速15r/min,转矩477464N.m;高速轴转速:277r/min,转矩25862N.m

小齿轮/大齿轮            模数14,螺旋角14度,压力角20度,中心距1830,齿宽195

齿数:13/240
变位系数:0.525/-0.180184
齿顶直径:230.18/3485.73
齿根直径:167.27/3422.82
齿根弯曲安全系数:2.6/2.28
齿面接触安全系数:1.3104/1.3104
胶合安全系数:3.2979


材料:18CrNiMo7-6,渗碳淬火HRC61,磨齿精度5级
端面重合度:1.4086
纵向重合度:1.0726
总重合度:2.4812

小齿轮齿顶齿根修形,小齿轮鼓形齿修形。

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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2009-2-7 20:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2009-2-7 20:26 编辑

永磁同步发电机参数:

20极,45槽,分数槽绕组,外转子,定子斜0.25槽!

气隙圆直径:1000mm
铁芯长度:500mm
气隙长度:1mm
气隙磁密:0.8T
磁铁厚度:9mm,N35SH
转子外径:1120
铁芯内径:700
发电机重量:2.5吨
效率:98%,空气冷却

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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2009-2-8 09:05 | 显示全部楼层
很明显的缺点是什么呢?

很明显的优点如下:

a、也是功率分流的结构,但本质上既是机械分流也是电气分流,因此属于全静定结构,不管有多少个分流支路都能通过电气控制达到完全理想的均载效果;
b、避免了行星齿轮纯机械分流的固有缺点,每个齿轮的接触情况能单独调整,故齿轮精度能够良好实现且加工装配简单无特殊要求,这就显著降低了齿轮箱的复杂性和成本;
c、传动比不受装配上的几何约束从而无特殊限制要求,在必要时能够大于13.7甚至达15以上,且所有齿轮均为单向受载,齿根弯曲疲劳强度显著提高;
d、中间大齿轮直径较大可将低速轴制作成空心轴,便于变桨距机构从中穿越,且可提供进入轮毂的维修通道;
e、每个发电机体积较小,制造难度降低,且通过相位配合可以大幅度减小齿槽转矩的数值,使得风机启动非常容易;
f、可维修性非常好,每个发电机加小齿轮组成单独的模块,在其发生故障后可以单独进行维修,而其他模块可继续运行发电。由于模块体积重量小,维修时不需动用大型吊车。另外大齿轮也可以设计制造成双倍宽度实现冗余结构,如果电气变流系统也配置成多套独立结构,则电气上也可实现冗余,这些特点使得机电传动系统均具有极高的可靠性;
g、功率分流支路的数目一般可设计为2~6路,这样增减功率非常容易实现,只须增减模块数量即可,齿轮、发电机参数均不用变更,这就能易于实现批量生产,节约了系列化产品的开发和制造成本;
h、拓展风机运行范围,提高发电效率。由于极低的启动力矩使得风机的运行范围向低速端拓展,在低风速时投入部分发电机即可以继续发电,且被投入的发电机仍可以处于满负荷状态,实现高的发电效率,而未投入的发电机可以脱离电气系统以减小一切不必要的损耗;
i、如果采用串联运行方式,则可以提高发电电压,从而有可能实现无变压器的能量输送,即逆变器直接与电网相连;
j、容易实现特大容量,例如大于5 MW甚至10 MW级的风力发电系统如果采用传统的多级行星齿轮加双馈异步发电机或者直驱永磁同步发电机均很难实现,而采用半直驱模块式功率分流方案却能既经济又可靠地实现。

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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2009-2-12 12:01 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2009-2-12 12:04 编辑

也可以搞小的方案,例如单电机425kW,最多2.5MW的。


还可以搞更大的方案,例如单电机1500kW,最多9.0MW的。而且额定转速可以低至10r/min以下。

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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2009-2-15 18:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 zengxiaodong 于 2009-2-15 18:21 编辑

美国Clipper的介绍
TTT.bmp

Liberty’s patented quantum distributed generation power-train, “Quantum Drive,” a compact two-stage helical distributed design, offers a breakthrough in trouble-free power-train operation.
Gone are the stresses found in standard three-stage planetary gearboxes typically used in today’s multi-megawatt wind turbines. Through its load-distributing, multiple-path design, a total of four high-speed output shafts split torque loads from the rotor main shaft to the generators by a factor that is four times greater than standard gearboxes.
Liberty also employs two pre-loaded, low-speed tapered-roller main bearings to absorb thrust loads, preventing damage, minimizing downtime and extending turbine life. Unlike standard drive trains, there is no problematic axial motion or main shaft misalignment in Liberty as both are also stabilized through her two robust tapered roller main bearings.
To further reduce long-term operating costs, Liberty’s high-speed gear sets are in “cartridge” form and can be easily replaced with her on-board hoist without removal of the gearbox. Multiple inspection ports simplify routine monitoring by way of easy visual observation in addition to an advanced gearbox health monitoring system.
When it comes to generators, permanent magnet was a simple choice. Unlike the industry’s most commonly-used doubly-fed generators, permanent magnet is simpler, nearly maintenance-free, and operates at higher efficiency over a wider range of power output. Since there is no need for current to be fed into the generator rotor, stray currents are not created, thus pitting and bearing failures are pretty much a thing of the past.
With no brushes, there are none to replace. There’s also no need for coupling or a slip clutch between the gearbox and generator since the unit’s short-circuit current is low; a benefit that results in lower short circuit torque overall, and absorption of fault torques without harm to the gearbox.
The generator’s form-wound Class H insulated stator winding operates at less than a Class F rise in temperature and is rated for medium voltage, another benefit compared to the standard random-wound generator designed only for lower voltage. Liberty’s power-train system can operate with only two or three generators, continuing to deliver at a reduced power output until service can be performed. Compact and lightweight, the generators can be serviced via Liberty’s on-board jib hoist…no need to bring in a large, costly crane. Finally, the permanent magnet generator system, in combination with the Liberty converter, is grid friendly, staying near unity all the way down to five to ten percent of load, minimizing the need for VAR correction.
Available in two configurations: A IP54 totally enclosed water-to air-cooled model offering contamination-free enclosure for harsh environments, including damp, corrosive salt situations; and, the IP54 air-cooled system, with filters that protect the generator from contamination.
Clipper’s patented variable speed system is simpler, more reliable, and meets IEEE 519 high quality power requirements now common in all major electricity power markets. Today, most variable speed systems are based on a doubly-fed generator with the generator rotor wired directly to dual IGBT’s, which, at lower wind speeds, flow current into the generator rotor, and, at higher wind speeds, draw current out to maintain the turbine’s desired power output frequency. As the current is transferred, it is conducted through high power slip rings and brushes which require frequent maintenance due to damaging stray currents induced in the generator rotor shaft. Also, these stray currents often find way to an electrical ground, arcing across generator bearings, causing pitting which can lead to costly failures of the generator, turbine downtime, and expensive crane mobilization.
Through Clipper’s variable speed system, greater efficiency and reliability is made possible by recent advances in larger capacity IGBT’s and the use of proprietary permanent magnet generator technology. Here, power is delivered exclusively from the generator’s stator where it is rectified to DC current. Advanced and more reliable IGBT’s convert the DC power to AC current, simply and efficiently maintaining the unit’s desired power factor. By way of this simplified process, the need for troublesome slip rings and brushes is eliminated.
As you might expect, Liberty’s control system provides high reliability with simplicity. Through the use of high-speed embedded processors, algorithm processing is repeated every 50 milliseconds. Because unity power factor is produced down to a low percentage of rated power, the need for VAR correction at the substation is reduced. Through the system’s line power factor control, Liberty rides through system faults and line outages for up to three seconds. Liberty’s control system has fewer parts, about half in fact, than today’s standard turbine, resulting in higher reliability overall and greater time between failures.
Increasingly, stringent ride-through requirements imposed by regulatory agencies and transmission operators is a factor with which today’s turbine owners must comply. Liberty’s extended low-voltage ride-through capability works through the generator’s stator, completely isolating the generator from the grid, resulting in simpler low voltage, greatly extended ride through capability, immune from grid disturbance.
Minimizing costs associated with unscheduled maintenance is fundamental to Liberty’s design. When storm clouds roll in, Liberty’s lightning receptors at the tip of each blade connect through brushes on the blade bearing and main shaft to carry lighting strike current down the tower to ground. For service crew and machine safety, a nacelle steel-mesh Faraday cage is an added protective measure. Control signal wires are further protected within a second Faraday cage. As has been repeatedly demonstrated, Liberty is able to ride through severe lightning strikes with minimal to no damage or loss of availability.

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发表于 2009-3-4 22:02 | 显示全部楼层
Clipper现在已经是泥菩萨过江,自身难保了
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发表于 2009-3-12 20:28 | 显示全部楼层
一个机舱带这么多电机还真有创意
Clipper出什么问题了?
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发表于 2009-5-2 21:41 | 显示全部楼层
异步发电机结构简单,成本较低,只要转速大于同步速就可以发电;其缺点是励磁要由电网提供,另外风机转速控制上还需采取机械上的其他措施,才能获得比较稳定的运行。

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发表于 2009-5-2 23:19 | 显示全部楼层
双馈异步发电机 低于同步转速也能发电
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发表于 2009-5-4 14:21 | 显示全部楼层
直驱电机,效率更高吧
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发表于 2009-5-10 14:41 | 显示全部楼层
普通异步发电机调速范围窄,双馈风力发电机和永磁同步发电机室现在两个主要机型,双馈发电机需要升速齿轮箱,增加了成本,且齿轮箱易出故障。永磁同步发电机的定子通过变频器与电网相连,变换器的容量需要和发电机容量相当,而大容量变频器成本高。

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发表于 2009-6-9 17:29 | 显示全部楼层
这么多电机在一个机舱,有意思
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发表于 2009-6-9 20:23 | 显示全部楼层
似乎lz的意思是要进行下对比?
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发表于 2009-7-16 15:51 | 显示全部楼层
能看明白不是件容易的事。。
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发表于 2009-9-21 17:51 | 显示全部楼层
半直驱,混合型,没准是个很好的方向
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发表于 2009-9-23 15:38 | 显示全部楼层
11# zengxiaodong
大哥不是一般人啊!
这么牛!总工级的?
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发表于 2009-12-12 11:10 | 显示全部楼层
每个电机都要一个变流器来控制,控制系统会比较复杂
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发表于 2009-12-22 17:03 | 显示全部楼层
大家解释下什么是半直驱什么是全直驱?
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