第一章 双馈电机的工作原理.docx

第一章双馈电机的基本工作原理设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，电机的极对数为，根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速称为同步转速，它与电网频率及电机的极对数的关系如下：（1-1）同样在转子三相对称绕组上通入频率为的三相对称电流，所产生旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为：（1-2）由式1-2可知，改变频率，即可改变，而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步转速，而为电机转子本身的旋转速度，则只要维持，见式1-3，则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电机时一样，其频率将始终维持为不变。（1-3）双馈电机的转差率，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为：（1-4）公式1-4表明，在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率（即）的电流，则在双馈电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。所以根据上述原理，只要控制好转子电流的频率就可以实现变速恒频发电了。根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三种运行状态：1. 亚同步运行状态：在此种状态下，由转差频率为的电流产生的旋转磁场转速与转子的转速方向相同，因此有。2. 超同步运行状态：在此种状态下，改变通入转子绕组的频率为的电流相序，则其所产生的旋转磁场的转速与转子的转速方向相反，因此有。3. 同步运行状态：在此种状态下，转差频率，这表明此时通入转子绕组的电流频率为0，也即直流电流，与普通的同步电机一样。1.1等效电路下面从等效电路的角度分析双馈电机的特性。首先，作如下假定：1. 只考虑定转子的基波分量，忽略谐波分量；2. 只考虑定转子空间磁势基波分量；3. 忽略磁滞、涡流、铁耗；4. 变频电源可为转子提供能满足幅值、频率、功率因数要求的电源，不计其阻抗和损耗。在等效电路中，发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例，转子侧电压电流的正方向按电动机惯例，电磁转矩与转向相反为正，转差率S按转子转速小于同步转速为正，参照异步电机的分析方法，可得双馈发电机的等效电路，如图1-1所示：图1-1 双馈发电机等效电路图根据等效电路图，可得双馈发电机的基本方程式：（1-5）式中：l 、分别为定子侧的电阻和漏抗l 、分别为转子折算到定子侧的电阻和漏抗l 为激磁电抗l 、分别为定子侧电压、感应电势和电流l 、分别为转子侧感应电势，转子电流经过频率和绕组折算后折算到定子侧的值。l 转子励磁电压经过绕组折算后的值，为再经过频率折算后的值。1.2功率传输关系假设风力机轴上输入的净机械功率（扣除损耗后）为，发电机定子向电网输出的电磁功率为，转子输入/输出的电磁功率为，s为转差率，转子转速小于同步转速时为正，反之为负。由于转子电磁功率，因此，转子电磁功率又称为转差功率。机械功率。在上述两公式的基础上，计算电磁转矩与机械转矩。（1-6）由式1-6可见，机械转矩与电磁转矩在数值上其实是相等的。1.2.1 超同步运行状态顾名思义，超同步就是转子转速超过电机的同步转速时的一种运行状态，我们称之为正常发电状态。（因为对于普通的异步电机，当转子转速超过同步转速时，就会处于发电机状态）图1-2 超同步运行时双馈电机的功率流向由于发电机是超同步运行，所以，此时机械功率大于定子电磁功率，剩余的功率通过转子电磁功率输到电网。1.2.2 亚同步运行状态即转子转速低于同步转速时的运行状态，我们可以称之为补偿发电状态（在亚同步转速时，正常应为电动机运行，但可以在转子回路通入励磁电流使其工作于发电状态）图1-3 亚同步运行时双馈电机的功率流向由于发电机是亚同步运行，所以，此时机械功率小于定子电磁功率，需要通过转子电磁功率输入部分功率，不足两者之间的功率差。附录A 频率归算设感应电机的转子绕组其端电压为，此时根据基尔霍夫第二定律，可写出转子绕组一相的电压方程：= =（A-1）式中，为转子电流；为转子每相电阻。图1-1表示与式A-1相对应的转子等效电路。为转子不转时的感应电动势。附录B 绕组归算所谓绕组归算，就是用相数，有效匝数和定子绕组完全相同的等效转子绕组，去代替原来的相数、有效匝数为的转子绕组。在绕组归算时，应保持转子绕组具有同样的电磁效应，即转子磁动势的大小和相位、转子的功率、损耗和漏磁场的储能等均保持不变。以下的归算量都用加” ”的量表示。设为归算后的转子电流，为了达到绕组归算前、后转子磁动势幅值不变的要求，应有：（B-1）于是，