双馈风力发电机工作原理(参考资料)
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双馈异步风力发电机工作原理
我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机,由于其定、转子都能向电网馈电,故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴,但是由于其有独立的励磁绕组,可以像同步电机一样施加励磁,调节功率因数,所以又称为交流励磁电机,也有称为异步化同步电机。
同步电机由于是直流励磁,其可调量只有一个电流的幅值,所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个:一是可调节励磁电流幅值;二是可改变励磁频率;三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量,通过改变励磁频率,可改变电机的转速,达到调速的目的。这样,在负荷突变时,可通过快速控制励磁频率来改变电机转速,充分利用转子的动能,释放或者吸收负荷,对电网扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时,由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移,这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位置,也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可以调节无功功率,也可以调节有功功率。
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: P
f n 1
160= 同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 2 的三相对称电流,所
产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为:
P
f n 2260= 由上式可知,改变频率 f 2,即可改变 n 2,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n 1 为
对应于电网频率为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,则只要维持n ±n2=n1=常数,则双馈电机定子绕组的感应电势,如同在同步发电机时一样,其频率将始终维持为f 1 不变。
n ±n2=n1=常数 双馈电机的转差率
11n n n S -= ,则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为:
11
11122606060sf n n n Pn n n P Pn f =-=-==)( 根据上式表明: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(即f 1S )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了。
根据双馈电机转子转速的变化,双馈发电机可有以下三种运行状态:(1)亚同步运行状态。在此种状态下n
(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。