双馈电机工作原理

双馈风力发电机的基本工作原理

风力发电因为风力的随机变化性，风速随机变化，风向也随机变化，这样发电机获得的机械能是不稳定的，发电机转子的机械转速会在大范围内变化。如果使用同步发电机，那么输出的电压幅值和频率都是不稳定的。为了弥补转子转速和同步转速之间的转差，可以在转子绕组中进行交流励磁，交流励磁电流会在转子绕组中感应出一个相对自身旋转的磁场。这样转子中的磁场相对于定子的实际转速就有两部分组成，一个是转子的机械转速，一个是电磁转速。两者的矢量和构成产生定子中感应电动势的实际转速。

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，会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速n1称为同步转速，它与电网频率f1及电机的极对数p的关系如下：

60f1n1p (1—1)

同样在转子三相对称绕组上通入频率为f2的三相对称电流，产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为：

60f2n2p (1—2)

由式(1—2)可知，改变频率f2，即可改变n2，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n1为对应电网频率为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，只要维持(1—3)式的关系，则双馈电机定子绕组的感应电势，就像同步发电机一样，其频率始终维持在f1不变。

nn2n1常数 (1—3)

sn1nn1，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应

双馈电机的转差率为：

pn2pn1npn1n1nf2f1s606060n1

(1—4)

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(f1s)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。

根据双馈电机转子转速的变化，有有以下三种运行状态：

(1)亚同步运行状态。在此种状态下速n2与转子的转速方向相同，因此有

nn1，由砖茶频率为f2的电流产生的旋转磁场转

nn2n1。

(2)超同步运行状态。此种状态下

nn1，改变通入转子绕组的频率为f2的电流相序，

nn2n1。

则其所产生的旋转磁场的转速n2的转向与转子的转向相反，因此有

(3)同步运行状态。此种状态下

nn1，转差频率f2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。