第一章 双馈电机的工作原理.docxVIP

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p，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

1机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速n

1

称为同步转速，它与电

网频率

f及电机的极对数p

1

?60f

的关系如下：

（1-1）

n 1

1 p

2同样在转子三相对称绕组上通入频率为f

2

相对于转子本身的旋转速度为：

?60f

的三相对称电流，所产生旋转磁场

（1-2）

n 2

2 p

由式1-2可知，改变频率f

2

，即可改变n

2

，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n

1

为对应于电网频率为

50Hz时双馈发电机的同步转速，而n为电机转子本身的旋转速度，则只要维持

n?n

2

?n ?常数，见式1-3，则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发

1

电机时一样，其频率将始终维持为f

1

不变。

n?n

2

?n ?常数

1

（1-3）

双馈电机的转差率S?

n ?n

1

n

，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率

应为：

pn

f ? 2

2 60

1

?fS

1

（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fS）的电流，则在双馈电机的定子绕组中就能产生

1

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：

亚同步运行状态：在此种状态下n?n

1

，由转差频率为f

2

的电流产生的

旋转磁场转速n

2

与转子的转速方向相同，因此有n?n

2

?n。

1

超同步运行状态：在此种状态下n?n

1

，改变通入转子绕组的频率为f 的

2

电流相序，则其所产生的旋转磁场的转速n

2

与转子的转速方向相反，因

此有n?n

2

?n。

1

同步运行状态：在此种状态下n?n

1

，转差频率f

2

?0，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。

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：

只考虑定转子的基波分量，忽略谐波分量；

只考虑定转子空间磁势基波分量；

忽略磁滞、涡流、铁耗；

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：

?U? ??E? ?I?(R ?jX )

? 1 1 1 1 1

?U?

? ??R ?

? 2??E?I? 2?jX?

（1-5）

?s 2 2?s 2?

??E?

?

1

?E?

2

??I?

m

(jX )

m

?12 m?I? ?I??I

?

1

2 m

式中：

R、X

1

分别为定子侧的电阻和漏抗

1

R、X分别为转子折算到定子侧的电阻和漏抗

2 2

X 为激磁电抗

m

1 1 1U?、E?、I?

1 1 1

E?、I?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2到定2子侧的值。

22 2U?转子励磁电压经过绕组折算后的值，U?/s为U?

2

2 2

后的值。

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P

m

，发电机定子向电网

输出的电磁功率为P

，转子输入/输出的电磁功率为P

，s为转差率，转子转速

小于同步转速时为正1，反之为负。 2

由于转子电磁功率P

2

?E *I

2s 2

?sE I

2 2

?sP

1

，因此，转子电磁功率又称为转

差功率。机械功率P

m

?P?P

1 2

?(1?s)P

1

。在上述两公式的基础上，计算电磁转矩

与机械转矩。

P

(1?s)P

nP P

T ? m?

m n

1?n11

n n

? 1?Tn 1

1

（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。

超同步运行状态

顾