发电机功角概念辅导讲义

所示。为自原动机向发

动部分与空气的摩擦及通风设备的损耗，总计为机械损耗

,为通过电磁感应作用转变为定子绕组上的电功率，

定子绕组中还存在定子铜耗，

＝－就是发电机的输出功率。

磁电势和端电压之间相角差。功角

认为≈+，对应于转子磁势，对

应于电枢磁势，所以可近似认为端电压由合成磁势=

+所感应。和之间的空间相角差即为和之间的时

行时，为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势总

是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势的角速

稳定运行时，和之间无相对运动，

1

功角的概念

功角的概念 ◆y为内功率因数角，d=y-j定义为功角。它表示发电机的励磁电势和端电压之间相角差。功角d 对于研究同步电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。功角是表征同步发电机运行状态和判别电力系统稳定性的重要参量[1-4]，多年来，功角的测量得到了广泛的重视和深入的研究。已有的测量方法从原理上主要有两大类：一类是纯电气测量方法，即采集同步发电机的输出电压、电流或/和其他电气量，进而通过理论分析和计算来获得功角。该类方法最简化的情况就是基于稳态公式或相量图的解析计算法，它在系统稳态运行且发电机的参数比较精确时，能比较准确地计算出功角，而在系统暂态过程中，由于参数时变性、机组铁心饱和等的影响，方法所依赖的解析公式不能成立，导致较大的计算误差。另一类方法需要借助非电量传感器（包含光电或磁电变换）来实现测量。常见的作法是[1-4]，在转子轴上设置机械测点或测速齿轮，在转子周围安装光电、电刷或电磁装置，后者接收由前者产生的脉冲信号或其它与转子位置或速度相关的量，进而通过一定的变换来实现功角的测量（以下简称脉冲法）。脉冲法往往需要对发电机本体进行不同程度的改造，工艺复杂，而且由于采用非电量传感器，需借助于比较复杂的信号处理和误差补偿技术，以去除诸如机械加工误差、信号传输延时、轴体扭振等导致的结构性误差；而且针对个案提出的方法很难适用于别的发电机，导致实现代价较大。除了上述两大类常见方法外，还有学者研究了一些很别致的测量方法，如文[5]提出的应用多层前向神经网络的映射功能，通过仿真数据训练并进而用来测量发电机功角的方法，文[7]提出的通过分析机组端电压的零序谐波分量来测量功角的方法，但这些方法的可靠性有待于在实际电力系统进行验证。

风力发电机工作原理图解析

风力发电，是能源业又一突破，其中风力发电机功不可没。通过风力发电机工作原理图，我们可以清晰了解各种奥妙。其实，风力发电机工作原理图并不是那么难懂。下面，我们一起来对风力发电机工作原理图进行详细的剖析和解读吧! 风力发电机为一由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轮、立竿、集电环盘、舵杆、尾舵和逆变器组成的系统。转动盘和固定盘构成该系统的发电机，逆变器包括50赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路和倒相推挽电路。 风力发电机工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量)，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。 最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。 齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分)。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道，1500千瓦的风机机舱总重50多吨，叶轮30吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。 风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。 早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用)，现在电变距系统逐步取代液压变距。 就1500千瓦风机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在13米/秒左右发出额定功率。然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。 现代风机的设计极限风速为60-70米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏。理论上的12级飓风，其风速范围也仅为32。7-36。9米/秒。 风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机，属于无人值守独立发电系统单元。

发电机结构及原理

**电站发电机结构及原理 一、**水电站发电机为三相凸极同步发电机，布置方式采用立轴全伞式、密闭自循环通风空气冷却的形式。 二、发电机主要由定子、转子、下机架、推力轴承及下导轴承、上机架及空气冷却系统、制动和顶起系统、灭火系统、自动化系统等零件组成。 1、三相凸极同步发电机：因转子绕组布置方式（48个磁极） 布置在转子机械体周围（对称挂在转子圆柱上），叫凸极，最重 要的一个原因，机组转速（低转速）的原因。 2、立轴全伞式：机组整体布置卧式或者立式（大中型机组一般 采用立式布置，卧式布置通常用于小型水轮发电机型机组和贯 流式机组。立式水轮发电机按导轴承支持方式又分为悬式和伞 式两种。伞式水轮发电机按导轴承位于上下机架的不同位置又 分为普通伞式、半伞式和全伞式，因酉酬电站机组是立式布置，发电机没有上导，因此为全伞式，所以为立轴全伞式。 3、密闭双路径无风扇自循环通风空气冷却的形式：发电机外部 及定转子端部全部密闭，由上下挡风板及风罩，组成上下对称 的风道，冷却空气由圆盘支架、磁轭、磁极转动时的离心力的 作用形成。由转子中心机械空洞上、下进入转子铁芯，再由转 子进入定子铁芯，带走热量后，经空气冷却器冷却，冷风再由 转子中心机械空洞上、下进入转子铁芯，如此循环，所以叫密 闭自循环通风空气冷却的形式。循环路径为：圆盘支架→磁轭

→磁极→定子→空气冷却器→机坑→圆盘支架。 三、发电机的主要技术参数： 1.发电机型号：SF60-48/9120(水轮发电机组、额定容量60MW、 磁极个数48、定子(焊接正十六边形)外接圆直径9120mm 2.额定容量：60MW/70.59MV A 3.额定定子电压：10.5kV 4.额定定子电流：3881.3A 5.额定励磁电压：340V 6.额定励磁电流：820A 7.额定功率因数：0.85滞后 8.额定频率：50Hz 9.额定转速：125r/min 10.飞翼转速：250r/min 11.绝缘等级：F/F 12.冷却方式：密闭双路径无风扇自循环通风空气冷却系统 13.励磁方式：静止可控硅 14.旋转方向：俯视顺时针 15.定子接线：2Y 四、原理：在水轮机中，水流通过蜗壳的导流作用径向流入导水机构， 将液体动能转化为静压能，再通过叶片将静压能转换为转子的动能，转轮通过主轴与发电机转子联轴，带动转子旋转并切割发电机定子磁力线圈，利用电磁感应原理在发电机线圈中产生高压电，再经过变压

发电机功角的测量使用说明书

发电机内电势测试仪使用说明书 中国电力科学研究院 2005年1月

目录

1．发电机功角的测量原理 发电机的功角是指发电机的内电势与机端电压之间的夹角，其相量关系如图 E 、U 、δ三者之间的函数关系如下： δ sin ?= ?X U E P （1） 测量发电机功角的关键是测取发电机内电势的空间位置，而内电势本身是不可测量的电气参数，通常人们只能通过测取大轴信号的方法间接获得内电势的空间位置。 2．发电机内电势的计算方法 2.1 电气计算法 电气计算法主要是基于稳态相量的解析法，利用发电机的交/直轴同步电抗参数以及机端电压电流计算获取功角，是纯电气法。在稳态状况下，功角计算的数学模型是准确的，数学模型中的定子电流和机端电压测量值精度也是满足要求的，各个发电企业提供的电气参数准确性就会影响最后内电势的精确度。 PAC-2000中发电机内电势的电气计算法： 考虑到隐极机和凸极机的计算公式的区别只是在Xd 、Xq 是否相等上存在差 U I E J ·I ·X δ ψ

别，为方便起见，发电机内电势电气计算法统一到下面两计算公式,发电机的相量图如下图（这里图需要修改一下）： EQ=U+I*Ra+j*I*Xq (1) Eq= EQ+(Xd-Xq)*Id (2) （上述公式中电枢电阻Ra,交轴电抗Xq,直轴电抗Xd需要由厂家提供） 根据提供的发电机各个参数以及PAC-2000采集卡采样的电流、电压的值得到计算所需的各个标幺值 根据上述相量图以及两计算公式，可以得到计算测得的功角δ以及内电势。 2.2 直接测量法。 直接测量法（转子位置测量法或脉冲直接法）。该方法主要是通过在发电机转子轴上设置机械测量点或者测速齿轮，在转子周围安装光电或者电磁装置，通过一定的变换来实现功角测量。由于发电机内电势的方向与发电机转轴位置固定，所以测量内电势需要一个转轴信号，标定好转轴信号与发电机内电势之间的夹角（初始角）。然后，测取转轴信号与机端电压之间的夹角就能确定发电机内电势的位置。 PAC-2000中发电机内电势的直接计算法： a)对PAC-2000 AD采集卡采样中断得到的由内电势测量仪送来的反映空载 电动势和机端电压之间的相角的电压模拟量，进行数字滤波处理，减少 干扰，得到精确的功角 b)根据机端电流、电压的值的变化，对发电机起机过程进行判断，取并网 过程中内电势测量仪送来的反映发电机转子位置的脉冲相位和机端电压 相位差值的电压模拟量即为初功角 c)发电机并网后正常运行过程中的相角与起机检测到的初功角的差值即为

风力发电机结构图分析风力发电机原理

风力发电机结构图分析风力发电机原理 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力研究报告显示：依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。下面先看风力发电机结构图。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机结构图指出：风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25v变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220v市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。风力发电机结构图显示：目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200w风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500w甚至1000w乃至更大的功率出。 现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量)，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。 最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，立在一定高度的塔干上，这是小型离网风机。最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无，电压和频率不稳定，没有实际应用价值。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。 齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分)。同时也使得发电机易于控制，实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道，1500千瓦的风机机舱总重50多吨，叶轮30吨，使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。 风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。 早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用)，现在电变距系统逐步取代液压变距。 就1500千瓦风机而言，一般在4米/秒左右的风速自动启动，在13米/秒左右发出额定功率。然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。 现代风机的设计极限风速为60-70米/秒，也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏。理论上的12级飓风，其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒。 风力发电机结构图显示：风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和脱网;同时监视齿轮箱、发电机的运行温度，液压系统的油压，对出现的任何异常进行报警，必要时自动停机，属于无人值守独立发电系统单元

2.1同步发电机数学模型及运行特性

2.1同步发电机数学模型及运行特性 本节主要阐述同步发电机稳态数学模型及运行特性：包括向量图、等值电路与功率方程以及功角特性。 2.1.1 同步发电机稳态数学模型 理想电机假设： 1）电机铁心部分的导磁系数为常数； 2）电机定子三相绕组完全对称，在空间上互差120度，转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称； 3）定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在空气隙中按正弦规率分布； 4）定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。 同步电动机是一种交流电机，主要做发电机用，也可做电动机用，一般用于功率较大，转速不要求调节的生产机械，例如大型水泵，空压机和矿井通风机等。近年由于永磁材料和电子技术的发展，微型同步电机得到越来越广泛的应用。同步电动机的特点之一是稳定运行时的转速n与定子电流的频率f1之间有严格不变的关系，即同步电动机的转速n与旋转磁场的转速n0相同。“同步”之名由此而来。 同步发电机是电力系统中的电源，它的稳态特性与暂态行为在电力系统中具有支配地位。虽然在电机学中已经学过同步电机，但那时侧重于基本电磁关系，而现在则从系统运行的角度审视发电机组。 1.同步发电机的相量图 设发电机以滞后功率因数运行，三相同步发电机正常运行时，定子某一相空载电势Eq，输出电压或端电压U和输出电流I间的相位关系如图2-1所示。δ是Eq领先U的角度，称为功角，是功率因数角，即U与I的相位差， Eq与q轴（横轴或交轴）重合，d为纵轴或直轴。U和I的d、q分量为： 图 2-1电势电压相量图 电机学课程中已经讨论过，端电压和电流的分量与Eq间的关系为： （2-3）

风力发电机原理

《可再生能源与可持续发展》作业题目：风力发电机原理 班级：08机制4班 姓名：毛羽西 学号：0822405 教师：李永国 2011年11 月

目录 1 风力发电机概述 (2) 2 水平轴涡轮发电机 (2) 2.1 水平轴涡轮机结构 (3) 2.2 水平轴涡轮机叶片 (4) 2.3 发电机 (5) 2.4 制动系统 (6) 3 风力发电前景展望 (7) 结论 (7) 参考文献： (7)

风力发电机原理 1 风力发电机概述 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 风力发电机的基本工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，将风的动能转变为风轮轴的机械能，风轮轴带动发电机旋转发电。其中风能转化装置称为风力机。风力机的核心部分为叶轮的设计，随着空气动力学的飞速发展，叶轮设计已经取得了巨大的进步。[1] 2 水平轴涡轮发电机 正如其名字的含义，水平轴风力涡轮机的转轴是水平安装的，与地面平行。水平轴风力涡轮机需要使用偏航调整装置时刻根据风向进行调整。偏航系统通常包括电机和变速箱，用于缓慢左右移动整个转子。涡轮机的电子控制器读取风向标设备（机械或电子风向标）的位置，并调整转子位置以尽量捕获最大的风能。水平轴风力涡轮机使用塔架将涡轮机组件上升到最适合风速的高度（这样叶片便不会碰到地面），并且占用非常少的地面空间，因为几乎所有组件都在高达80米的空中。

汽轮发电机结构与原理

第四节汽轮发电机 汽轮发电机是同步发电机的一种，它是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的设备。 汽轮发电机包括发电机本体、励磁系统及其冷却系统等。 一、汽轮发电机的工作原理 按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。汽轮发电机转子与汽轮机转子高速旋转时，发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电流后，便建立一个磁场，这个磁场称主磁极，它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个极出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙、进入转子另一个极构成回路。 根据电磁感应定律，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线北装在定子铁芯内的U、V、W三相绕组（导线）依次切割，在定子绕组内感应的电动势正好变化一次，亦即感应电动势每秒钟变化的次数，恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。 汽轮发电机转子具有一对磁极（即1个N极、一个S极），转子旋转一周，定子绕组中的感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次，这样发电机转子以每秒钟50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中性点）连在一起。绕组的首端引出线与用电设备连接，就会有电流流过，这个过程即为汽

轮机转子输入的机械能转换为电能的过程。 二、汽轮发电机的结构 火力发电厂的汽轮机发电机皆采用二极、转速为3000r/min的卧式结构。发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。 发电机最基本的组成部件是定子和转子。 为监视发电机定子绕组、铁芯、轴承及冷却器等各重要部位的运行温度，在这些部位埋置了多只测温元件，通过导线连接到温度巡检装置，在运行中进行监控，并通过微机进行显示和打印。 在发电机本体醒目的位置装设有铭牌，标出发电机的主要技术参数，作为发电机运行的技术指标。 （一）定子 发电机的定子由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖及轴承等部件组成。 1.定子铁芯 定子铁芯是构成磁路并固定定子绕组的重要部件，通常由0.5mm或0.35mm厚，导磁性能良好的冷轧硅钢片叠装而成。大型汽轮发电机的定子铁芯尺寸很大，硅钢片冲成扇形，再用多片拼装成圆形。 2.定子绕组 定子绕组嵌放在定子铁芯内圆的定子槽中，分三相布置，互成120°电角度，以保证转子旋转时在三相定子绕组中产生互成120°相位差的电动势。每个槽内放有上下两组绝缘导体（亦称线棒），每个线棒分为直线部分（置于铁芯槽内）和两个端接部分。直线部分是切割磁力线并产生感应电动势的有效边，端接部分起连接作用，把各线棒按一定的规律连接起来，构成发电机的定子绕

发电机功角的实时计算方法

发电机功角的实时计算方法 北极星电力网技术频道作者:梁振光 2004-7-8 摘要：简述了发电机功角的重要性，介绍了确定发电机功角的测量法和计算法，提出一种基于同步相量测量的发电机功角计算模型，该方法利用机端电压、电流采样数据，简单、易于实现，有良好的模型适应性，可用于实时功角计算。通过仿真计算结果表明，该方法具有较好的精度，可满足工程要求。用于全网相量测量系统中，可准确监测功角动态变化，为系统的安全稳定监测提供一定的基础。 关键词：发电机；功角；算法；实时 Real-time Calculation Method of Generator Power Angle Liang Zhenguang (Shandong University, Jinan 250061, China) Abstract: The importance of generator power angle is described in general. Measurement method and calculation method to determine generator power angle are introduced. A generator power angle calculation model based on synchronous phasor measurement is presented. It makes use of generator's sample data of voltages and currents. The method is simple, easy to realize and has good model adaptability. It can be used in real-time power angle calculation. Simulation results reveal that the method has good accuracy and can meet engineering needs. When the method is used in whole net phasor measurement systems, dynamic variations of power angle can be monitored accurately. This provides a foundation for system safety and stability monitoring. Key words: generator; power angle; algorithm; real-time 0 引言 随着电力工业的迅猛发展，系统的容量不断增加，其安全稳定运行越来越重要。经验表明，系统运行的安全与否与其运行状态密切相关，因此，实时、全面地掌握电力系统各部分的运行状态对保证系统的安全、稳定、紧急运行具有重要的意义。发电机作为电力系统中的重要设备，其稳定运行则成为重中之重。发电机的功角不仅是反映发电机内部能量转换的一个重要参数，也是发电机稳定的一个重要标志量。功角的改变与有功功率、无功功率的变化相关联，通过监视功角的变化，为发电机在异常、故障及其失稳情况下的分析，提供了非常重要的参考依据。因此，发电机的功角是电力系统中的一个十分重要的监测量。目前，电力系统中基于GPS的电网运行实时监测系统的研究已十分活跃，本文对其中发电机功角的测量、计算[1-9]进行了研究，并提出了一种基于同步相量测量的发电机功角实时计算方法。

风力发电机的工作原理

风力发电机的工作原理 风力发电机原理 是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。 使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。

详细解析汽车发电机工作原理

详细解析汽车发电机工作原理Time:2010-12-24 13:54:53 Author: Source:中电网交流发电机的结构 一、6管交流发电机的结构 交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。 JF132型交流发电机组件图见图2-5a JF132型交流发电机结构图见图2-5b JF132型交流发电机结构图见图2-5c （一）转子 转子的功用是产生旋转磁场。 转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图2-6

转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。 当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。 交流发电机的磁路为：磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。见图2-7。 （二）定子 定子的功用是产生交流电。定子由定子铁心和定子绕组成。见图2-8A 定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产生三相交流电。 三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。 1．每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。

2．每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。 3．三相绕组的始边应相互间隔2π+120o电角度（一对磁极占有的空间为360o电角度） 例：国产JF13系列交流发电机三相绕组绕制见图2-8B 结构参数如下： 磁极对数p6对 定子槽数z36槽 定子绕组相数m3相 每个线圈匝数N13匝 绕组联结方法Y型联结 在国产JF13系列交流发电机中，一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60o电角度），一个磁极占3个槽的空间位置，所以每个线圈两条有效边的位置间隔是3个槽，每相绕组相邻线圈始边之间的距离6个槽，三相绕组的始边的相互间隔可以是2个槽，8个槽，14个槽等。 （三）整流器 交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。 1．汽车用硅整流二极管特点 （1）工作电流大，正向平均电流50A，浪涌电流600A； （2）反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V；

风力发电机原理及结构

风力发电机原理及结构 风力发电机是一种将风能转换为电能的能量转换装置，它包括风力机和发电机两大部分。空气流动的动能作用在风力机风轮上，从而推动风轮旋转起来，将空气动力能转变成风轮旋转机械能，风轮的轮毂固定在风力发电机的机轴上，通过传动系统驱动发电机轴及转子旋转，发电机将机械能变成电能输送给负荷或电力系统，这就是风力发电的工作过程。 1、风机基本结构特征 风力机主要有风轮、传动系统、对风装置（偏航系统）、液压系统、制动系统、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。 （1）风轮 风力机区别于其他机械的主要特征就是风轮。风轮一班有2~3个叶片和轮毂所组成，其功能是将风能转换为机械能。 风力发电厂的风力机通常有2片或3片叶片，叶尖速度50~70m/s，3也片叶轮通常能够提供最佳效率，然而2叶片叶轮及降低2%~3%效率。更多的人认为3叶片从审美的角度更令人满意。3叶片叶轮上的手里更平衡，轮毂可以简单些。 1）叶片叶片是用加强玻璃塑料（GRP）、木头和木板、碳纤维强化塑料（CFRP）、钢和铝职称的。对于小型的风力发电机，如叶轮直径小于5m，选择材料通常关心的是效率而

不是重量、硬度和叶片的其他特性，通常用整块优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。对于大型风机，叶片特性通常较难满足，所以对材料的选择更为重要。 目前，叶片多为玻璃纤维增强负荷材料，基体材料为聚酯树脂或环氧树脂。环氧树脂比聚酯树脂强度高，材料疲劳特性好，且收缩变形小，聚酯材料较便宜它在固化时收缩大，在叶片的连接处可能存在潜在的危险，即由于收缩变形，在金属材料与玻璃钢之间坑能产生裂纹。 2）轮毂轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传到传动系统，在传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在。 轮毂承受了风力作用在叶片上的推理、扭矩、弯矩及陀螺力矩。通常安装3片叶片的水平式风力机轮毂的形式为三角形和三通形。 轮毂可以是铸造结构，也可以采用焊接结构，其材料可以是铸钢，也可以采用高强度球墨铸铁。由于高强度球墨铸铁具有不可替代性，如铸造性能好、容易铸成、减振性能好、应力集中敏感性低、成本低等，风力发电机组中大量采用高强度球墨铸铁作为轮毂的材料。 轮毂的常用形式主要有刚性轮毂和铰链式轮毂（柔性轮毂

发电机部分复习题.doc

填空题 1、发电机的电枢反应指：在 条件下， 对 的影响，电枢反应性质由 决定，功角θ是 与 之间的夹角，额定功角在 左右，额定运行区在 。 2、同步发电机并列运行的条件是 、 、 。一台与大电网并列运行的发动机，调节 可以输出的有功功率，调节 可以调节输出的无功功率。同步发电机的功角特性指：在 条件下， 与 的关系曲线，表达式是 。若保持励磁电流I f 不变，增大输出的有功功率P 2，则E 0将 ，功角θ将 ，无功功率Q 将 ，定子电流将I ， cos ?将 ，发电机的稳定性将 。若保持有功功率P 2不变，仅增大励磁电流I f ，则E 0将 ，功角θ将 ，无功功率Q 将 ，定子电流将I ， cos ?将 。 3、同步发电机的空载特性指：在 条件下， 与 的关系曲线。同步发电机的短路特性指：在 条件下， 与 的关系曲线。 4、1台汽轮发电机与无穷大电网并列运行，调节 可以调节输出的有功功率，调节 可以调节输出的无功功率。若保持有功功率不变，仅增大励磁电流I F ，则E 0 将 ，功角δ将 ，无功功率Q 将 ，定子电流将 I ，cos ?将 。 5、发电机的电压变化率是指发电机在 时 和 保持不变的条件下，切除全部负载后， 对额定电压的百分比。 三、选择题（每题有3个答案，选其中一个填入题后空格内；每题2分） 1、同步电抗是电枢反应磁通和电枢漏磁通对电枢电路作用的一个综合参数，同步电抗的大小对下列哪个没有影响 A 短路电流 B 发电机的静态稳定性 C 发电机的端电压 D 发电机空载电动势 2、一台汽轮同步发电机带纯电阻负载运行时的电枢反应性质是 ( ) A ，纯交轴电枢反应； B ，纯直轴去磁电枢反应； C ，既有交轴电枢反应，又有直轴去磁电枢反应。 3、同步发电机带三相对称负载稳定运行时，转子励磁绕组（ ） A 感应低频电动势 B 感应基频电动势 C 感应直流电动势 D 不感应电动势 四、简答题（每题6分） 1、 对称负载时，同步发电机的电枢磁势与主极磁势之间有无相对运动？为什么？ 2、 什么叫电枢反应电抗？同步电抗？同步发电机对称运行时一共有哪些电抗？请将它们按大小顺序排列之 3、 同步发电机电枢反应的性质和大小主要决定于什么？ 4、 发电机带对称负载，,8.0*=c x 同步电抗0.1*=t x ，忽略电枢电阻，其电枢反应的性质 是什么？

发电机功角特性

2020.01

目录 二发电机功角特性的表达形式 三发电机迟相、进相运行特性

一、发电机功角特性的定义

功角特性的常用术语 电机带上对称负载后，电枢绕组（定子线圈）有电流通过，产生电枢磁动势及 相应电枢磁场，其基波在气隙中使气隙磁势的分布发生变化，从而使气隙磁场和感应电势发生变化，这种影响称为电枢反应。 实际上是坐标轴，而不是实际的轴，在永磁同步电机控制中，为了能够得到类似直流电机的控制特性，在电机转子上建立了一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d 轴（直轴），垂直于转子磁场方向为q 轴（交轴）。 由励磁电流产生的磁场而在定子绕组中单独产生的电动势，为非合成电动势。

功角特性的常用术语 直轴同步电抗包含漏抗和直轴电枢反应电抗X ad 。表示了漏抗和直轴电枢反应对气隙磁场的影响作用大小。 对应同步电机交轴磁阻的交轴电枢反应电抗X aq 与定子漏抗之和。 指的是当电枢磁势F a 的轴线既不和直轴又不和交轴重合时，可以把电枢磁势F a 分解成直轴分量F ad 和交轴分量F aq ，然后分别求出直轴和交轴磁势的电枢反应，最后再把它们的效果叠加起来。 是励磁电动势领先于机端电压的角，是表征同步发电机运行状态和判别电力系统稳定性的重要参量。

功角特性 发电机电抗(X d、X q)、励磁电动势(E0)和机端电压(U)一定的情况下，发电机的有功功率(P)和功角(θ)的关系特性，即P em = f (θ) 显示电机内部电磁关系的电磁功率表达式，确定稳态运行时发电机所能发出的最大的电磁功率。 1、表示E0和U这两个时间相量之间的时间相位差角； 2、表示产生E0的主磁极磁势F f与产生端电压U的定子合成磁势F u之间的空间相位角。

风力发电机控制原理

风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统，具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程，最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词：风力涡轮机；双馈异步；永磁同步发电系统 概述： 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制，目前主要的两种控制方式是：双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前，我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性： 1，风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示： P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹（Betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。 2，叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。）它是工作区段。在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。 3，变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。 三段控制要求： 低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ（ｎ）关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。图３是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得及变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图４，绕线异步电动机的定子直接连接电网，转子经四象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频（５０ＨＺ）的转差功率，送至电网。由图４可知： Ｐ＝ＰＳ－ＰＲ；ＰＲ＝ＳＰＳ；Ｐ＝（１－Ｓ）ＰＳ Ｐ是送至电网总功率；ＰＳ和ＰＲ分别是定子和转子功率 转速高于同步速时，转差率Ｓ＜０，转差功率流出转子，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速食，Ｓ＞０，转差功率从电网，

关于发电机参数、常见故障及故障处理(精)

关于发电机参数、常见故障及故障处理的基本知识 1. 什么叫有功?什么叫无功? 答:在交流电能的发、输、用过程中,用于转换成非电、磁形式的那部分能量叫有功;用于电路内电、磁交换的那部分能量叫无功。 2. 什么叫同步发电机的额定容量、额定电压、额定电流 ? 答:额定容量是指该台发电机长期安全运行的最大输出功率。 额定电压是该台发电机长期安全工作的最高电压,发电机的额定电压指的是线电压。额定电流是该台发电机正常连续运行时的最大工作电流。 3. 什么叫力率?力率的进相和迟相是怎么回事? 答:交流电机的功率因数也叫力率,它等于有功功率与视在功率的比值。 所谓力率的进相就是送出有功吸收无功的运行状态; 力率的迟相就是既发有功又发无功的运行。 4. 调节有功的物理过程怎样?调节有功负荷时要注意什么? 答:根据电机的功角来谈谈调节有功的过程, 这时假定发电机的励磁电流不变, 系统的电压也不变。 (1 增负荷过程:当开大汽门时,发电机转子轴上的主力矩增大, 此时由于电功率还没开始变, 即阻力矩的大小没有变, 故转子要加速,使转子和定子间的夹角就拉开一些,根据电机本身的功角特性, 功角一增大,电机的输出功率就增大,也即多带负荷, 转子会不会一个劲儿地加速呢?正常时是不会的, 因为电机多带了负荷, 阻力矩就增大, 当阻力矩大到和主力矩平衡时,转子的转速就稳定下来,此时,发电机的出力便升到一个新数值。

(2 减负荷过程:当关小汽门时,发电机转子轴上的主力矩减小,于是转子减速,功角变小,当功角变小时, 电磁功率减少, 其相应的阻力矩也变小, 当阻力矩减小到和新的主力矩一样大时,又达到新的平衡,此时电机便少带了负荷。 调节有功负荷时注意两点: (1 应使力度尽量保持在规程规定的范围内,不要大于迟相的 0。 95,因为力率高说明与该时有功相对应的励磁电流小, 即发电机定、转子磁极间用以拉住的磁力线少, 这就容易失去稳定,从功角特性来看,送出的有功增大,功角就会接近 90度,这样也就容易失去稳定。 (2 应注意调负荷时要缓慢,当机组提高出力后,一般其过载能力是要降低的。 5. 发电机并列方法有种?各有什么优缺点? 答:发电机并列方法分两类:准同期法和自同期法 准同期法并列的优点: (1 合闸时发电机没有冲击电流; (2 对电力系统也没有什么影响; 准同期法并列的缺点: (1如果因某种原因造成非同期并列时,则冲击电流很大,甚至比机端三相短路电流还大一倍; (2 当采用手动准同期并列时,并列操作的超前时间运行人员也不易掌握。 自同期并列的优点: (1 操作方法比较简单,合闸过程的自动化也简单。 (2 在事故状况下,合闸迅速。

同步发电机的稳态功角特性习题(精)

第2节 同步发电机的稳态功角特性 一、填空题 1、同步电机的功角θ有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和 空间夹角。 2、同步发电机最大电磁转矩与 电抗有关，异步电机最大电磁转矩 与 电抗有关，而与转子 无关。 3、汽轮同步发电机稳定极限角θ ，水轮同步发电机稳定极限角 θ （填角度的大小范围） 二、选择题 1、对同步电机电磁转矩最大值起主要影响的电抗是（ ）。 （A ）定子漏抗δx ；（B ）同步电抗t x ;(C)电枢反应电抗a x ; 2、与无穷大电网并联运行的一台凸极式同步发电机,若失去励磁后,电机的最大电磁功率出 现在功角δ为（ ）。 (A)δ=0°(B)δ=45°(C)δ=90°(D)45°<δ<90° 3、发电机绕组中流过电流之后，就在绕组的导体内产生损耗而发热，这种损耗称为( )。 （A ）铁损耗；（B ）铜损耗；（C ）涡流损耗；（D ）其它损耗。 三、问答题 1、写出隐极同步发电机的有功功率角特性方程，并画出功角特性曲线。 2、同步发电机功率极限取决于什么？如何提高？ 3、同步发电机的功角在时间和空间上各有什么含义？ 四、计算题 设有一凸极式同步发电机，Y 接线，Ω=Ω=9.0,2.1q d x x ，和它相连的无穷大电网的线电 压为230V ，额定运行时024=N δ，每相空载电动势V E 5.2250=，求该发电机：1）在额 定运行时的基本电磁功率； 2）在额定运行时的附加电磁功率； 3）在额定运行时的总的电磁功率； 4）在额定运行时的比整步功率； 参考答案 一、填空题 1、主极轴线 气隙合成磁场轴线 空载电动势 端电压 2、同步 漏 电阻