| 单词 | 双轴励磁同步发电机 |
| 释义 | 【双轴励磁同步发电机】 简称双轴机，是在发电机转子的d、q轴方向上装设励磁线圈的一种新型发电机。通过调节两个励磁线圈中的励磁电流，不仅可以控制双轴机的合成电势大小，维持机端电压恒定，而且可以改变电势相角，使发电机与电力系统间由刚性联接变为柔性联接，从而有效地防止机组失步。 现代电力系统已向大机组、高电压、远距离输电的大系统发展，发电机进相运行及系统稳定问题已成为国内外专家学者关注的重要课题。系统稳定破坏事故将引起大规模停电，不仅影响生产，也给人们生活带来不便。在具有远距离输电线路的庞大电力系统中安装双轴机，可以灵活地调节无功功率和电压，调节有功功率及相角，能够适应进相运行方式，是提高电力系统运行稳定性的经济而有效的措施。采用双轴励磁水轮发电机在不同流量和流速情况下，可以实现变速同频异步运行，达到节省能源的目的。双轴励磁异步化风力发电机，在不同风速和风量下，采取变速同频异步运行方式，可以获得良好的电能质量。可见对双轴机的研究具有重大理论及实用意义。早在1935年，德国E．Tuyxen在实验室对双轴励磁交流发电机进行了实验研究。1962年土耳其的C．H．Sepen为了解决交流输电系统的暂态稳定问题，提出双轴励磁同步发电机的想法，并进行了研究，在国际大电网会议上发表了研究论文，公布了实验结果，即在相同条件下，当系统发生暂态过程时，通过调节d、q轴励磁线圈电流，可将双轴机输出的功率极限提高66%，从而大幅度地提高系统运行的暂态稳定性。在70年代初期，世界上注意到双轴机具有进相运行的功能，英国中央发电局通过实验证明5kV的双轴机在带满有功负荷的条件下同时可吸收11kW无功功率，为以后设计进相运行的双轴机提供了实验依据。双轴机还具有变速同频异步运行能力。1970年M．R．Murthi等对双轴机同频异步运行进行了计算机仿真研究与理论分析，证明双轴机具有变速同频异步运行能力。这一结论对研制双轴励磁水轮发电机及异步运行的风力发电机提供了理论及设计依据。日本、美国等发达国家也对双轴机的运行机理进行了研究。日本高田茂夫对双轴励磁控制方式及控制规律进行了研究，中村光一对双轴机的同频异步运行进行了实验研究，取得了可喜的成果。50年代初期前苏联开始对双轴机进行理论分析、计算及实验研究。1972年设计并制造出50MW双轴励磁水轮发电机并投入工业试运行。1984～1985年又设计、制造出200MW双轴励磁汽轮发电机投入电网运行，取得了良好的运行效果。还研制成功了1000kW异步化风力发电机，为广泛利用风力这一新能源提供了条件。中国从1983年开始对双轴机的运行机理及实用化进行了研究，做出了5kw模拟样机，取得了理论及实验研究成果。由于现代控制论及电子计算机技术的发展和广泛应用，推动了双轴机的实用化研究。在80年代双轴机从理论研究到结构设计、制造，取得了突破性进展。远距离输电系统的发展为双轴机提供了应用场所。在理论上系统地建立了描述双轴机的基本方程式，以及双轴励磁控制系统的状态方程式，1984年F．J．Brody研究了双轴机的数学模型，提出双轴机的数学表达方式及分析方法，1985年S．E．Abo-Shady研究了双轴自励同步电机的通用数学模型，逐渐完善形成双轴机的理论分析体系，为应用现代控制论来进行双轴机系统的控制创造了条件。在理论成果的指导下，对双轴励磁控制方式及双轴励磁调节装置，双轴机的结构优化设计及制造工艺，以及应用实验等进行了深入地研究，取得了实用成果。1979年日本上田隆三等研究了双轴机励磁电压控制方案，通过控制两个励磁线圈的励磁电流，可以控制合成电势的位相角，从而控制双轴机输出功率。经过动态模拟实验证明，这种励磁控制方案可以有效地防止机组失步，大大地提高电力系统运行的稳定性。1982年Ы．Т．Шaкaрян研究了异步化汽轮发电机的励磁控制，并设计了励磁控制装置，经过实验证明是成功的。1987年日本中村光一研究了双轴机的变速控制，1988年又提出了双轴机交流励磁控制方案。由研究得出双轴机具有变速同频异步运行能力。将双轴机异步运行的研究向前推进了一步。为了充分发挥双轴机的特长，双轴励磁控制方式、控制规律以及控制装置的研究成为关键技术。特别是利用微型计算机来实现双轴励磁控制装置，将会大大地提高控制精度，增强控制功能，改善动态品质及调节的灵活性。1982～1985年前苏联И．H．Ъ．лoкийH．A．及Пaбyнeц等为双轴机研制了配套用的双轴励磁控制装置，并投入电网运行。双轴机的电磁计算和转子结构优化设计，对双轴机的制造是至关重要的。1982～1989年前苏联H．B．Paпuyн等对双轴机环形旋转磁场建立的条件、端部磁场的数值计算及漏磁通的分析，以及横向绕组磁场的计算等进行了深入的研究，提出了一系列分析计算方法，进而对双轴机的结构进行了优化设计。1984～1985年П．A．Лaбyнe和B．C．Kышeб等对双轴机的结构设计提出方案。转子的d、q轴方向上均布置励磁线圈。通常采取两种布置方案，一是d、q励磁线圈在空间互成90°布置，另一种是互成60°角布置。d、q励磁线圈的匝数和用铜量可以根据不同要求而定。当侧重于系统稳定控制时，则以d轴励磁线圈为主，q轴励磁线圈为辅，q轴励磁线圈的匝数可以适当减少，用铜量也相应减少。当主要用于变速同频异步运行时，d、q轴励磁线圈采用互成90°布置，且匝数相同，磁路尽量做到对称、均匀。1984～1985年前苏联设计并制造出200MW双轴励磁汽轮发电机，投入电网运行后取得很好的效果。今后10～20年内双轴机将在具有远距离输电的庞大电力系统中广泛应用。但必须对一些关键技术问题深入地开展研究工作：(1)应用现代控制论及微机控制技术研究双轴机最优控制规律、设计与制造出微机控制的双轴励磁调节器；(2)双轴机的矢量控制理论与实用化研究；(3)双轴机变速同频异步运行控制方式的研究；(4)双轴机定、转子结构优化设计及制造新工艺研究；(5)双轴机的电磁场计算、漏磁通分析、转子直径尺寸的设计及定、转子间气隙的确定；(6)转子的温度分布及温升计算，转子的冷却方式的研究；(7)大容量双轴励磁异步化风力发电机的研制等。可以预计今后10年内将设计与制造出300MW及800MW双轴励磁汽轮发电机组，并投入大电网运行。像中国、美国、加拿大、俄罗斯等具有远距离输电系统的国家，发电机进相运行及系统稳定问题比较突出，采用双轴机对于解决这些问题是非常有效的。因此双轴机的应用前景比较广阔。【参考文献】：1 EI-Serafi A M．IEEE PAS－92．1973，12 Soper，J A．proc．IEEE1969，116(1)3 上田隆三．电气学会论文志，昭和54，99(10)4 王仁洲，见津弘幸．中国电机工程学报，1984，4(华北电力大学王仁洲教授撰) |
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