双馈异步发电机的原理和条件是什么

什么是“双馈”？双馈异步发电机的原理和条件是什么？

“双馈”是异步电机的一种运行方式，也是一个专用术语。其中的“馈”字，英语为“Fed ”，在这里，汉语应该理解为电能“交换”，故双馈即是双端馈电。注意，“Fed ”并不确指电能的交换方向（输出还是输入），所以，双馈既有双馈发电机，亦有双馈电动机。对于绕线转子的异步电机，除了定子必然和电源相联之外，转子也可以和电源相联，于是，当电机作为发电机时，称之为双馈异步发电机；反之作为电动机时，则称为双馈异步电动机，而只有一端和电源相联的普通电机则属于“单馈”。

还要指出，双馈发电或双馈电动均属于和外部电源的电能交换，因此，双馈（Double Fed ）以及串级（Cascade Control ）都应归属于外馈（）。

双馈异步发电机的基本原理和普遍的异步发电机原理是一致的，所不同的是，双馈发电机的转子不是单纯地输入机械功率M P ，还有和附加电源交换的电功率K P 。这样做的目的何在？我们先从普通的异步发电机谈起。按照异步电机的原理，异步发电机的功率转换流程为

（转子功率2P →转子电磁功率em P ）—→（定子电磁功率em P →定子电功率1P ） 考虑到功率转换中的损耗，转子的功率2P 必须大于转子的电磁功率em P ，即有

2P ＞em P

这是能量守恒的体现，也是异步发电机的核心原理。发电机目的是将机械能转化为电能，所以，按理转子功率2P 应该就是机械功率M P ，但是问题出来了，根据电机学和力学原理，旋转电机的机械功率普遍表达为

n T P M M 60

2π= 等于机械转矩M T 和转速n 的乘积；而异步电机的电磁功率表达为

160

2n T P em π= 即为电磁转矩T 和同步转速1n 的乘积。同步转速是旋转磁场的转速，且

p

f n 1160=

考虑到电机稳定运行必然遵循转矩平衡原理，也就是机械转矩和电磁转矩大小相等，方向相反，即

M T T =

结果，在n ＜1n （亚同步）时，却是

M P ＜em P

或者

2P ＜em P

转子功率小于电磁功率，异步电机不但不能发电，反而是作电动机运行。

为了解决这个亚同步发电的问题，单凭转子的机械功率是不够的，为此，转子需要向附加电源“借助”一定的电功率K P ，使得转子的功率为二者之和，即

K M P P P +=2

这样就可以满足

2P ＞em P

的发电条件了。其功率转换流程为：

转子：M P →｛（2P =M P +K P ）→em P ｝——→定子：｛em P →1P ｝→电网 附加电源: K P →

但是要注意，转子将2P 扣除损耗余下的电磁功率传输给定子，定子的发电功率1P 中除了有用的机械功率M P 之外，还有无用的附加电功率K P ，理由是K P 本身就是电功率，而且在K P 由附加电源——发电机——主电源之间循环，不仅无谓，而且造成损耗，降低发电效率，显然是双馈发电的一大缺点。

双馈还有n ＞n 1的超同步发电，此时机械功率M P 可能过大于电磁功率em P ，为了避免过载而损坏发电机，转子要反过来向附加电源发电，其功率流程如下：

转子： M P →｛2P →（2P -K P ）→em P ｝——→定子：｛em P →1P ｝→主电源 →K P ——→附加电源

其余限于篇幅，读者不难自行分析。

对于笼型异步发电机，由于转子封闭（短路），所以转子只能单纯输入机械功率，电功率无法输入，所以其发电条件为M P ＞em P ，以及n ＞1n ，只有在超同步时才能发电。显然，这个发电条件极大限制了笼型异步发电机的应用。