简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向

1、题目：简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向一、双馈异步发电机及其工作原理1 1、 双馈异步发电机双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机， 是变频风力发电机组的核心 部分，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。 该发电机主要有电机本体和冷 却系统两大部分组成。电机本体有定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水 冷、空空冷和空水冷三种结构。双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连， 转子绕组通过变频器与电网连 接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机 组可以在不同的转速下实现恒频发电， 满足用电负载和并网的要求。由于采用了 交流励磁，发电机和电力系统构成“柔性

2、连接”，即可以根据电网电压、电流和 发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。2 2、 双馈异步发电机的工作原理根据电机学理论，在转子三相对称绕组中通入三相对称的交流电， 将在电机 气隙间产生磁场，此旋转此磁场的转速与所通入的交流电的频率及电机的极对数 p p 有关。60f2P式（1-11-1）中，n2为转子中通入频率为f2的三相对称交流励磁电流后所产 生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度（r/minr/min ）。从式（1-11-1）中可知，改变频率f2, ,即可改变n2。因此若设ni为对应于电网 频率 50Hz50Hz（ f2= 50Hz ）时发电机的同步转速，

3、而n为发电机转子本身的旋转速 度，只要转子旋转磁场的转速与转子本身的机械速度 n 相加等于定子磁场的同步 旋转速度n1, ,即n n2= n1则定子绕组感应出的电动势的频率将始终维持为电网频率f1不变。式（1-21-2）中, 当n2与n旋转方向相同时，n2取正值，当n2与n旋转方向相反时，m取负值。(i-i(i-i)(1-2(1-2)由于ni =-P将式（1-11-1）,式（1-31-3）代入式（1-21-2）中，式（1-21-2）可另写为式（1-41-4）表明不论发电机的转子速度n随风力机如何变化，只要通过转子的励磁电流的频率满足式（1-41-4），则双馈异步电动机就能够发出与电网一致的恒

4、定频率的 50Hz50Hz 交流电。由于发电机运行时，经常用转差率描述发电机的转速，根据转差率n1- ns，将式（1-41-4）中的转速n用转差率s替换，则式（1-41-4）可变为n1需要说明，当s11 时，f2为负值，可通过转子绕组的相序与定子绕组懂 的相序相反实现。通过式（1-51-5）可知，在双馈异步发电机转子以变化的转速运行时，控制转子电流的频率，可使定子频率恒定。只要在转子的三相对称绕组中通入转差率（Sf1）的电流，双馈异步发电机可实现变速恒频运行的目的二、双馈异步发电机的功率流向根据双馈异步发电机转子转速的变化，双馈异步发电机可以有以下三种运行 状态：（1 1） 亚同步状态当发电机

5、的转速n小于同步转速n1时，由转差率为f2的电流产出的旋转磁场转速n2与转子方向相同，此时励磁变流器向发电机转子 提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网。（2 2） 超同步状态当发电机的转速n大于同步转速n1时，由转差率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子转动方向相反，此时发电机同时由定子和60fi(1-3(1-3)60(1-4(1-4)f2(1 - s)n1p60f *1 - s) f1二sf1(1-5(1-5)转子发出电能电网，励磁变流器的能量流向逆向(3)同步运行状态当发电机的转速n等于同步转速n1时，处于同步状态。此时状态下转差率f2= 0，这表明此时通入转子绕组的电流的频率为 0 0， 即励磁变换器向转子提供直流励磁，以此与普通同步发电机一样。在不计铁耗和机械损耗的情况下，转子励磁双馈发电机的能量流动关系可以 写为Pm亠P =Pl亠Pcul亠Pcu 2P - S(P1Pcul) Pcu 2式中，Pm为转子轴上输入的机械功率；P2为转子励磁变流器输入的电功率；P1为定子输出的电功率；Pcu1为定子绕组铜耗；Pcu2为转子绕组铜耗；s为 转差率。当发电机的铜耗很小，上诉公式可近似理解为P2sP1转子上所带的变流器是双馈异步发电机的重要部件。根据上式可知，双馈异步发 电机构成的变速恒频风力发电系统，其变流器的容量