雙饋電機(jī)的工作原理

1、第一章雙饋電機(jī)的基本工作原理設(shè)雙饋電機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組均為對(duì)稱繞組，電機(jī)的極對(duì)數(shù)為 p,根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場 理論，當(dāng)定子對(duì)稱三相繞組施以對(duì)稱三相電壓， 有對(duì)稱三相電流流過時(shí)，會(huì)在電 機(jī)的氣隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速'稱為同步轉(zhuǎn)速，它與電 網(wǎng)頻率fl及電機(jī)的極對(duì)數(shù)p的關(guān)系如下：60 f1 ni =P同樣在轉(zhuǎn)子三相對(duì)稱繞組上通入頻率為 相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度為：(1-1 )f 2的三相對(duì)稱電流，所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(1-2)60 f 2n 2 二P由式1-2可知，改變頻率f2,即可改變n2,而且若改變通入轉(zhuǎn)子三相電流的 相序，還可以改變此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。因此，若設(shè) 1為對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)頻率

2、為 50Hz時(shí)雙饋發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，而n為電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度，則只要維持 n±n2 =常數(shù)，見式1-3,則雙饋電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢，如同在同步發(fā) 電機(jī)時(shí)一樣，其頻率將始終維持為f1不變。(1-3)n - n雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S=,則雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子三相繞組內(nèi)通入的電流頻率應(yīng)為：f 2 = ' 2 = f1 S(1-4 )60公式1-4表明，在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只要在轉(zhuǎn)子的三相對(duì) 稱繞組中通入轉(zhuǎn)差頻率(即3S)的電流，則在雙饋電機(jī)的定子繞組中就能產(chǎn)生 50Hz的恒頻電勢。所以根據(jù)上述原理，只要控制好轉(zhuǎn)子電流的頻率就可以實(shí)現(xiàn) 變速包頻發(fā)電了。根據(jù)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變

3、化，雙饋發(fā)電機(jī)可有以下三種運(yùn)行狀態(tài)：1 .亞同步運(yùn)行狀態(tài)：在此種狀態(tài)下 n<n-由轉(zhuǎn)差頻率為f2的電流產(chǎn)生的 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n2與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同，因此有n+n2=n1。2 .超同步運(yùn)行狀態(tài)：在此種狀態(tài)下n a n1 ,改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為f2的 電流相序，則其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n2與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相反，因 止匕有n n2 = n 1。3 .同步運(yùn)行狀態(tài)：在此種狀態(tài)下n =n1 ,轉(zhuǎn)差頻率f2 = 0 ,這表明此時(shí)通入 轉(zhuǎn)子繞組的電流頻率為0,也即直流電流，與普通的同步電機(jī)一樣。1.1等效電路下面從等效電路的角度分析雙饋電機(jī)的特性。首先，作如下假定:1 .只考慮定轉(zhuǎn)子的基波分量

4、，忽略諧波分量；2 .只考慮定轉(zhuǎn)子空間磁勢基波分量；3 .忽略磁滯、渦流、鐵耗；4 .變頻電源可為轉(zhuǎn)子提供能滿足幅值、頻率、功率因數(shù)要求的電源，不計(jì)其阻抗和損耗。在等效電路中，發(fā)電機(jī)定子側(cè)電壓電流的正方向按發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子側(cè) 電壓電流的正方向按電動(dòng)機(jī)慣例，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反為正，轉(zhuǎn)差率 S按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速為正，參照異步電機(jī)的分析方法，可得雙饋發(fā)電機(jī)的等 效電路，如圖1-1所示：X圖1-1雙饋發(fā)電機(jī)等效電路圖根據(jù)等效電路圖，可得雙饋發(fā)電機(jī)的基本方程式：S =-IE + jX 1)L=E； +I/ + jX 2 ), s . Vs 'E1 =E2 = Im(jX m)I 1 = I

5、2 -Im式中：R1、X1分別為定子側(cè)的電阻和漏抗R2、X 2分別為轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的電阻和漏抗(1-5)Xm為激磁電抗U：、E；、I1分別為定子側(cè)電壓、感應(yīng)電勢和電流e2、I2分別為轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電勢，轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過頻率和繞組折算后折 算到定子側(cè)的值。U：轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓經(jīng)過繞組折算后的值，U 2 /s為U 2再經(jīng)過頻率折算 后的值。1.2功率傳輸關(guān)系假設(shè)風(fēng)力機(jī)軸上輸入的凈機(jī)械功率 (扣除損耗后)為Pm,發(fā)電機(jī)定子向電網(wǎng) 輸出的電磁功率為R ,轉(zhuǎn)子輸入/輸出的電磁功率為P2, S為轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)為正，反之為負(fù)。由于轉(zhuǎn)子電磁功率P2 =E 差功率。機(jī)械功率 Pm = P1 -P2 與機(jī)

6、械轉(zhuǎn)矩。2s * I2 =SE2I 2 =SP1 ,因此，轉(zhuǎn)子電磁功率又稱為轉(zhuǎn)=(1 _s)P1。在上述兩公式的基礎(chǔ)上，計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩(1 - s)RnPlP”(1-6)由式1-6可見，機(jī)械轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩在數(shù)值上其實(shí)是相等的。1.2.1 超同步運(yùn)行狀態(tài)顧名思義，超同步就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)的一種運(yùn)行狀態(tài)，我 們稱之為正常發(fā)電狀態(tài)。（因?yàn)閷?duì)于普通的異步電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速 時(shí)，就會(huì)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)）由于發(fā)電機(jī)是超同步運(yùn)行，所以s <0 ,此時(shí)機(jī)械功率Pm大于定子電磁功率P1 , 剩余的功率通過轉(zhuǎn)子電磁功率P2輸?shù)诫娋W(wǎng)。1.2.2 亞同步運(yùn)行狀態(tài)即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)的運(yùn)行狀

7、態(tài)，我們可以稱之為補(bǔ)償發(fā)電狀態(tài)（在 亞同步轉(zhuǎn)速時(shí)，正常應(yīng)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，但可以在轉(zhuǎn)子回路通入勵(lì)磁電流使其工作 于發(fā)電狀態(tài)）由于發(fā)電機(jī)是亞同步運(yùn)行，所以s >0 ,此時(shí)機(jī)械功率Pm小于定子電磁功率"， 需要通過轉(zhuǎn)子電磁功率P2輸入部分功率，不足兩者之間的功率差。附錄A頻率歸算設(shè)感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組其端電壓為U 2 ,此時(shí)根據(jù)基爾霍夫第二定律，可寫出 轉(zhuǎn)子繞組一相的電壓方程：E 2s =Ls(R2 jSX 2 J -U 2E2s = >上sR2u 2、= l2s( + jX2。)-二R2U 2E2 = I2s( jX 2;-)- ss(A-1)式中，I 2s為轉(zhuǎn)子電流；R2為轉(zhuǎn)子

8、每相電阻。圖1-1表示與式A-1相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子Ec等效電路。E2 =為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢。s附錄B繞組歸算所謂繞組歸算，就是用相數(shù)，有效匝數(shù)和定子繞組完全相同的等效轉(zhuǎn)子繞組， 去代替原來的相數(shù)m2、有效匝數(shù)為N2kt的轉(zhuǎn)子繞組。在繞組歸算時(shí)，應(yīng)保持轉(zhuǎn) 子繞組具有同樣的電磁效應(yīng)，即轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢的大小和相位、 轉(zhuǎn)子的功率、損耗和 漏磁場的儲(chǔ)能等均保持不變。以下的歸算量都用加的量表示。設(shè)I2為歸算后的轉(zhuǎn)子電流，為了達(dá)到繞組歸算前、后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢幅值不變的 要求，應(yīng)有：m1N1k.i 12-0.914m2N 2k. 2122 0.92一二于是,式中,kiP 2pm2 N 2k ；-2_ J_2_一 I 2 =m-Nik.ikimNkL,稱為電流比 m2 N 2k. 2(B-1)(B-2)(B-3)歸算后, 勢E2應(yīng)為：轉(zhuǎn)子的有效匝數(shù)已變換成定子的有效匝數(shù)，所以歸算后轉(zhuǎn)子的電動(dòng)E2式中,Nik i ,=I 2