[实用新型]一种兆瓦级双馈电机的启动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电机的启动装置，具体说是涉及一种兆瓦级双馈风力发电机组全功率试验平台中双馈电机的启动装置，主要用于实验室环境下启动双馈电机，以便进行变流器和发电机功率试验，也可用于类似配有转子侧变流器调速装置的风机、水泵类绕线电机的启动。

技术背景

兆瓦级双馈（绕线转子）电机在零转速下突加额定电压存在瞬时吸收功率大，转子瞬时电压高、电流大等缺点，目前一般采取转子串电阻或者通过小功率辅助电机拖动的方式启动。但是转子串电阻方式对电网和电机仍然存在一定冲击，且需要大功率电阻，增加了系统成本。通过小功率辅助电机拖动的方式只适合类似兆瓦级双馈风力发电机组全功率试验平台等负载不随转速升高而升高的工况下，且需要一台小功率电机、配套的辅助变频器和传动设备，系统成本高。大功率高压鼠笼转子式感应电机的启动一般可通过定子接软启动器或者高压变频器实现。既然感应电机定子可以接变频器采取恒压频比等控制方式柔性启动，那么对于双馈（绕线转子）电机等具有转子变频器的调速系统，完全可以通过控制转子电流（电压）实现零转速启动。因此很有必要对此加以改进。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服现有兆瓦级双馈（绕线转子）电机在零转速下启动方式的诸多缺点，提出了一种具有成本低、对电网无冲击、系统结构简单、可靠性高、适用范围广和更加节能的兆瓦级双馈（绕线转子）电机启动装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是采取如下系统实现：一种兆瓦级双馈（绕线转子）电机启动装置，包括双馈电机、转子侧变流器、主定子侧接触器和电网，其特征在于：在电机定子侧设置有一个定子短路接触器。所述的定子短路接触器和主定子接触器硬件上采取互斥方式连接，即定子短路接触器闭合时，不允许主定子接触器闭合，反之，主定子接触器闭合时不允许定子短路接触器闭合，以避免造成电网三相短路故障。

本实用新型实施方式可以是：在常规的双馈（绕线转子）电机转子侧变频器实现电机的变频调速装置的基础上，通过在定子侧增设一个定子短路接触器，当转子转速达到双馈（绕线转子）电机柔性并网速度后，断开定子短路接触器，使得转子侧变流器处于柔性并网工作模式下，首先调节转子电流幅值和相位，使电机定子电压和电网电压在幅值、频率和相位上与电网一致，然后闭合主定子接触器，进入电机调速工作模式，从而完成兆瓦级双馈（绕线转子）电机启动。

本实用新型利用了已有的双馈（绕线转子）电机转子侧变频器实现电机的柔性启动，只需增加一个定子短路接触器，相比转子串电阻或辅助电机拖动等方式成本低，且对电网无冲击；由于只需增加一个定子短路接触器，具有系统结构简单，电机启动，并网和调速过程简单，无冲击衔接，且全部通过变流器自动控制，完全实现自动化，可靠性高等优点；由于双馈（绕线转子）电机启动整个过程中转子侧电流（电压）是可控的，故启动速度和启动力矩具有可调节性，适用范围广；由于采取了转子侧四象限变流器的方案，具有能量回馈特性，因此，对于如兆瓦级双馈风力发电机组全功率试验平台类似的工况下需要双馈电机快速停止（刹车）同样适用，更加节能。本实用新型对电网友好，无冲击且启动速度和启动力矩可通过软件设置，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步的描述。

从附图可以看出，本实用新型涉及一种兆瓦级双馈（绕线转子）电机启动装置，包括双馈电机（MOTOR）1、转子侧变流器（CONERTER）2、主定子接触器3和电网4，其特征在于：在电机定子侧设置有一个定子短路接触器5。所述的定子短路接触器5和主定子接触器3硬件上采取互斥方式连接，即定子短路接触器K2闭合时，不允许主定子接触器K1闭合，反之，主定子接触器K1闭合时不允许定子短路接触器K2闭合，以避免造成电网三相短路故障。

而且为了保证能量回馈特性，转子侧变流器（CONERTER）2采用四象限变流器。

同时为了保证运行正常和启动平稳，定子短路接触器5采用比主定子接触器3低一个至二个等级的接触器，如主定子接触器3采用兆瓦功率等级接触器，定子短路接触器5则采用几十千瓦功率等级接触器或几百千瓦功率等级接触器。

这种兆瓦级双馈（绕线转子）电机启动方式是利用已有的双馈（绕线转子）电机转子侧变频器控制转子电流（电压）产生旋转磁场，使通过定子短路接触器短路的定子绕组产生感应电流和定子磁场，从而使电机产生电磁力矩推动转子旋转，实现了双馈（绕线转子）电机的零速度启动。

具体启动方式是：当准备启动电机时，闭合定子短路接触器5，设置转子侧变流器2处于电机启动模式下，启动转子侧变流器2按恒压频比控制方式输出频率和幅值随电机转速增加而增加的电流（电压），确保转子磁场总是超前定子磁场一定角度（视具体负载而定），因此，在定子绕组中将会产生感应电流和感应磁场，从而推动转子按一定方向旋转并且速度不断增加。当转子转速达到双馈（绕线转子）电机柔性并网速度后，断开定子短路接触器5，设置转子侧变流器处于柔性并网工作模式下，首先调节转子电流幅值和相位，使电机定子电压和电网电压在幅值、频率和相位上与电网一致，然后闭合主定子接触器3，进入电机调速工作模式。