【双馈发电机的基本理论分析1300字】 .docxVIP

1

双馈发电机的基本理论分析

目录

双馈发电机的基本理论分析 1

1.1双馈发电机的基本原理 1

1.2双馈发电机的内部电磁关系 2

1.2.1等效电路 2

1.2.2电压平衡方程式 2

1.2.3双馈发电机的相量图 3

1.1双馈发电机的基本原理

交流励磁双馈发电机定子三相绕组经变压器接入电网，转子绕组也采用多相平衡绕组(一般为三相),通过交一直一交变频器通有频率，相位及幅值均可调节的三相低频励磁电压或者电流，变频器也通过变压器与电网连接。

针对交流励磁的双馈发电机，转子绕组内通入低频三相交流电流，定子和转子的三相绕组都产生旋转磁场，由定子产生的旋转磁场，它的旋转速度是与电网工频f1相对应的同步转速n1和风速n,向转子供给三相电流，电频率f2,转子以与电频率f2相应的旋转转速n2生成旋转磁场。当电网电压和负载发生变化时，转子上产生相应的感应电流。以感应电机定为基础、转子电流引起的旋转磁场是一种相对静止原理，对于任何旋转电机在稳定运行时定转子的旋转磁场在空间必须相对静止才能产生恒定的平均电磁转矩。交流励磁双馈风力发电机在工作过程中，电机转速和定、转子绕组电流引起的旋转磁场速度之间的关系如下

n?=n+n?

以频率来表示是

(1.1)

(1.2)

式中：n1是定子旋转磁场的速度；n是发电机的转速；n2是转子磁场的速度；f1就是定子电流的频率；p就是电机的极对数；f2是转子电流的频率。

由式子(1.2)可得知在发电机转速改变的情况下，对转子电流频率f2进行对应的调整，可以保持定子电流的频率f1不变，也就是和电网的频率一致，即只要相应地改变转子励磁电流的频率就可以使定、转子磁场保持相对静止，而产生恒

2

定的电磁转矩进行机电能量转换，达到风力发电机变速的恒频。当nn时，电机在亚同步运行状态下，变流器对转子进行交流励磁，定子向电网输出电能，转子吸收电网的能量；当n=n1时，电机在超同步运行状态下，这时定，转子向电网同步发电；当n=n时，f?=0,变流器对转子供给直流励磁，这时电机作为同步发电机机工作。

1.2双馈发电机的内部电磁关系

1.2.1等效电路

因为双馈发电机在结构上类似于绕线式转子异步电机，所以可以参考绕线式异步电动机等效电路来获得双馈发电机[1][3]的准确等效电路，见图2。

x?

U?

r1X2σ

I?I?

I?

xmU?/

xm

U?/

S

E

图1.1双馈发电机的等效电路

需要指出，在这个等效电路里：(1)转子方的各种参数已通过绕组折算及频率折算归算到定子侧和转子电压、电流与电势同样被归算在定子侧；(2)定子按发电机惯例，定子电流在流出时是正值；转子沿用电动机的习惯，转子电流在流入时是正值；(3)忽略磁路饱和和谐波的作用，三相绕组对称分布，磁动势在气隙中呈正弦分布；(4)忽视铁耗。

1.2.2电压平衡方程式

按图1.2所示双馈发电机等效电路，可列出下列电压平衡方程式[1-3]:

3

(1.3)

在式子中，v?、U?分别为定、转子电压相量；E为气隙磁场感应电动势相量1、1?、1分别为定、转子电流和激磁电流相量；r、r2分别为定、转子电阻；x1、X20和m分别为定、转子漏电抗和激磁电抗。

其中转差率计算公式如下：

(1.4)

电机的同步转速的计算式为：

(1.5)

因为定、转子电流i、i?产生的磁势F1、F2在空间是相对静止的，故可综合成一个气隙磁势Fm。因此，双馈发电机磁动势平衡方程式如下：

F?-F?=F(1.6)

1.2.3双馈发电机的相量图

按照式(1.3)将定子电压的相量作为参考轴，U?=U?∠0,忽略铁耗角Fe,绘制了双馈发电机相量图，如图1.2、图1.3。

4

▲

y

U?/s

E

U?

X

I

im

I?

图1.2Q10时双馈发电机的相量图

y

U?/s

I?

E

XU1I?

X

Im

图1.3Q10时双馈发电机的相量图

其中图1.2所示为双馈发电机定子输出的感性无功功率，也就是电机为容性时相的量图。如图1.3所示，发电机定子所吸收的是感性无功功率，也就是电机呈现感性时相的量图。