f1= P1×fn1
ft= P2×fn2 + P1×fn1 (1)
式中:
ft——发电机 2 定子绕组输出的电流频率,与电网频率相同;
P2——发电机 2 的极对数;
fn2——发电机 2 的转子机械旋转频率;
P1——发电机 1 的极对数;
fn1——发电机 1 的转子机械旋转频率。
只要设计和控制好
P1,fn1,P2,fn2 这 4 个参数,完全可以使发电机 2 输出的电流
频率保持为电网频率或其他所需频率,这
4 个参数主要由变速机机械变速和改变发电机
极对数来实现。因此,利用发电机
2“合频”特性,通过变速机机械变速和改变发电机极对
数,可实现风速变化时风力机在多级风轮转速下能输出恒定频率的电能,以提高风能的
利用率。
由式(
1)知,增加电机极对数,可降低机械旋转频率,相应降低转子及齿轮转速,改
善润滑条件,减少维护费用。[
4]小功率的发电机 1 的额定功率约为发电机 2 额定功率
的
1/4,其电机极对数一般可以变化。当风速较小时,变速机只带动发电机 1 工作,发电
机
2 脱开与变速机的连接停止工作,发电机 1 发出的电流经控制系统切换,直接输到电
网或其他电路,由此提高了发电机发电效率,延长了大功率发电机
2 的寿命;当风速较
大(风机输入功率较大)时,
2 台发电机经变速机带动都发电工作,且发电机 1 发出的
电流经控制系统输入到发电机
2 的转子绕组电路进行“合频”,结合变速机机械变速、改
变电机极对数等方法,使风力发电装置输出的电流频率仍保持电网频率。
控制系统主要起到电流切换、改变电机极对数、控制发电机
1 输向发电机 2 的电流频
率等参数、控制发电机
2 转子电路电阻值等作用。改变电阻值可控制电机的滑差率,使得
风速及风轮转速在小范围变化时发电机发出的电流频率仍保持恒定[
4]。
二
四级变速风力发电实例
设工作风速为
5.5m/s(启动风速)到 16.5m/s(较大风速),在启动风速 5.5m/s 处
叶轮转速为
100rpm 时叶轮当量叶尖速比为 4,此时风能利用率为最大(按 0.3 计),要