第三节 发电机概述

一、风力发电机分类

风力发电机的分类如图3-15所示。

目前，风力发电机广泛采用感应发电机、双馈（交流励磁）发电机和同步发电机，直流发电机已经很少应用。发电机的选型与风力机类型以及控制系统的控制方式直接相关。当采用定桨距风力机和恒速恒频控制方式时，应选用感应发电机。为了提高风电转换效率，感应发电机常采用双速型，可以采用双绕组双速型，但更多采用单绕组双速型。采用变桨距风力机时，应采用笼型感应发电机或双馈感应发电机。采用变速恒频控制时，应选用双馈感应发电机或同步发电机。同步发电机中，一般采用永磁同步发电机，为了降低控制成本，提高系统的控制性能，也可采用混合励磁（既有电励磁、又有永磁）的同步发电机。对于直驱式风力发电机组，一般采用低速（多极）永磁同步发电机。

二、发电机基本参数

（1）发电机的输出功率

发电机的输出功率分为视在功率、有功功率和无功功率。视在功率是指输出电压有效值和电流有效值的乘积，单位为V·A；有功功率是指单位时间输出的交流电的电能，单位为W、kW、MW。无功功率是表述视在功率超过有功功率程度的辅助量，单位为乏（var）或千乏（kvar）。通常所说的功率是指发电机在运行的过程中所发出的有功功率。且有

式中 P_el——发电机的输出功率，单位为W；

U——定子三相绕组上的线电压有效值，单位为V；

I——流过定子绕组的线电流有效值，单位为A；

cosφ——功率因数。

（2）发电机转速

指发电机在其运行的过程中转子的旋转速度，转速用n表示，单位为r/min。有时需要用角速度表示转速，两者的关系为

式中 Ω_m——转子的旋转角速度，即主传动系统的输出角速度，单位为red/s。

（3）转差率

当定子绕组接入频率恒定的对称三相交流电网上时，定子三相绕组中便有对称的三相电流通过，它们联合产生一个定子旋转磁场。定子旋转磁场的转速n₁称为同步转速，同步转速决定于电网的频率和电机绕组的极对数，三者的关系为

式中 n₁——同步转速，单位为r/min；

f₁——电网频率，单位为Hz；

p——电机绕组的极对数。

一般与电网并联运行的发电机极对数p为2或3，当电网频率f₁为50Hz时，则发电机同步转速n₁为1500r/min或1000r/min。

因为风力机的转速较低，在风力机和发电机之间需经增速齿轮箱传动来提高转速以达到适合发电机运转的转速。当发电机转子在风轮的带动下以转速n旋转时，发电机中旋转磁场和转子之间的相对转速为Δn=n₁-n，相对转速与同步转速的比值称为异步电机的转差率，用s表示，即

（4）发电机效率

指发电机在其运行的过程中所发出的有功功率P_el与输入的机械功率P_m之比。即

发电机的效率与转速有关，如图3-16所示。

（5）发电机的额定值

主要有：

1）额定容量S_N和额定功率P_N：额定容量S_N是指出线端的额定视在功率，单位为kVA或MVA。而额定功率P_N是指在规定的额定情况下，发电机输出的有功功率，单位为kW或MW。

2）额定电压U_N：是指在额定运行时电机定子的线电压有效值，单位为V或kV。

3）额定电流I_N：是指在额定运行时流过定子的线电流有效值，单位为A。

4）额定功率因数cosφ_N：是指发电机在额定运行时的功率因数。

5）额定效率η_N：是指发电机在额定运行时的效率。

上述额定值之间的关系为

每台发电机上都有一个铭牌，铭牌上标明了上述额定值。除额定值外，铭牌上还标有额定频率、额定转速等。