双馈异步风力发电机轴电流的分析与抑制

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双馈异步发电机是风力发电系统目前广泛采用的形式之一。变流器产生的共模电压会通过电机寄生电容形成的共模通路在电机转轴上感应出轴电压并产生轴电流,会缩短轴承使用寿命,严重影响风力发电系统的安全稳定运行。对双馈异步发电机的轴电流问题展开分析与抑制方法研究对其稳定运行具有重要的意义。首先针对双馈异步发电机寄生电容的计算和测量方法进行了研究。依据1.5MW双馈异步发电机结构,推导了寄生电容的解析计算公式;采用有限元数值计算对异步发电机的部分电容进行了求解;提出多导体系统部分电容的三种测量方案并进行了比较。将电容的解析计算、有限元数值计算结果与实际测试数据进行对比分析,结果表明有限元法的计算结果与实测值更为接近。其次对双馈异步发电机轴电流模型进行了研究。目前文献中没有讨论定子绕组对轴电流问题的影响,本文首次建立了计及定子绕组的完整模型,将其与不含定子绕组的简化模型进行对比分析。通过比较两种模型的轴承电压分压比可以看出,定子绕组与其他部件之间的寄生电容对轴电压的影响是可以忽略的,简化模型可以用于轴电流问题的分析。为抑制双馈异步发电机的轴电流,本文首次提出了在转子槽内添加金属屏蔽层的方法。基于有限元计算分析了屏蔽层厚度及分段结构对抑制效果的影响。并对屏蔽层带来的涡流损耗进行了计算。分析结果表明,添加屏蔽层可以有效抑制轴电流,屏蔽层厚度对抑制效果基本无影响,屏蔽层分段没有引起抑制效能明显下降。屏蔽层的涡流损耗会受到转子转速和发电负荷的影响。最后对绝缘轴承座、绝缘端盖以及绝缘轴承等方法对抑制轴电流的效果进行分析对比。对前两种方法分析了绝缘层所处的位置和厚度对抑制效果的影响;对绝缘轴承分析了喷涂不同陶瓷材料时的抑制效果。分析表明,这些方法对高频轴电流的抑制效果是有限的。
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