变速恒频双馈异步发电机运行原理讲义
双馈异步发电机及其工作原理
双馈异步发电机双馈异步发电机是一种绕线式感应发电机，按转子类型分为有刷和无刷两种，无刷发电机即为鼠笼型发电机，由于鼠笼型风力发电机励磁控制困难，无法最大限度的利用风能，所以目前很少应用；有刷发电机即为双馈异步发电机，具备易于控制转矩和速度、能工作在恒频变速状态、电机可以超同步和超容量运行、驱动变流器的总额定功率可以降低到电机容量的1/4等方面的优点，是本文介绍的重点。
双馈异步发电机变速恒频风力发电机的核心部件。
此类发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。
电机本体由定子、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了"柔性连接"，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。
异步电动机运行时，电磁转矩和转向相同，即转差率>0；异步发电机运行时，电磁转矩和转速方向相反，转差率<0，发电机的功率随该负转差率绝对值的增大而提高。
当双馈发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。
当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。
双馈发电机通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。
当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率。
双馈发电机原理讲解完整版
双馈发电机原理讲解 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】一．双馈发电机原理讲解二．风力发电机的主要类型1．异步发电机笼鼠式异步发电机特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。
缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。
一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。
绕线转子异步发电机特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。
风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。
双馈异步发电机特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。
2．同步发电机永磁同步发电机特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。
转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。
一般用于海上风机。
直流励磁同步发电机特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。
三． 双馈异步发电机原理1．旋转磁场旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。
从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。
三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o 、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。
2．旋转磁场的转速和转向以异步电动机为例，说明旋转磁场的转速和方向同励磁电流的关系。
① ωt=0 o 时，合成磁场方向：向下② ωt=60o 时，合成磁场方向顺时针转过60o 。
变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理
变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究变速恒频发电技术变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。
这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。
其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。
上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。
其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。
尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。
目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。
主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。
其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。
基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。
变速恒频双馈风力发电机基本原理双馈电机的结构类似于绕线式异步电机，旋转电机的定子和转子均安放对称三相绕组，其定子与普通交流电机定子相似，定子绕组由具有固定频率的对称三相电源激励。
变速恒频双馈异步发电机运行原理讲义
变速恒频双馈风力发电机运行原理张 波风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。
采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。
双馈电机变速恒频（VSCF ）风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制。
它的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。
1 工作原理1.1 双馈电机的VSCF 控制原理VSCF 风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变频器和控制器组成。
双馈发电机可在不同的转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。
当电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节发电机的功率因数。
双馈异步发电机的结构类似绕组感应发电机，其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源（一般采用交-交变频器或交-直-交变频器）供给三相低频电流，图1给出这种系统的原理框图。
当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度（n 2）与转子的机械转速（n ）相叠加，使其等于定子的同步转速（n 1），即21n n n ±=从而在发电机定子绕组中感应出相应与同步转速的工频电压。
由上面转速关系可以推出风力发电机转速与定、转子绕组电流频率的关系，即式中 f 1、f 2、n 和p 分别为定子电流频率、转子电流频率、发电机的转速和极对数。
当风速变化时，转速随之而变化。
由式(1)可知，当转速n 发生变化时，若调节f 221()f sf =±相应变化，可使f 1保持恒定不变，即与电网频率保持一致，实现风力发电机的VSCF 控制。
双馈异步风力发电机 原理
双馈异步风力发电机（DFIG）是一种常用于大型风力发电系统中的发电机。
它采用了双馈结构，即转子上的差动输出。
下面是双馈异步风力发电机的工作原理：
1. 变速风轮：风力通过变速风轮传递给风力发电机。
2. 风力发电机转子：发电机的转子由固定的定子和可旋转的转子组成。
转子上有三个绕组：主绕组、辅助绕组和外部绕组。
3. 风力传动：风力使得转子转动，转子上的主绕组感应出交变电磁力，产生主磁场。
4. 变频器控制：通过变频器，将固定频率的电网电压和频率转换为可调节的电压和频率。
5. 辅助转子绕组：辅助绕组连接到变频器，通过变频器提供的电压和频率来控制转子的电流。
6. 双馈结构：辅助转子绕组的电流经过转子上的差动输出到外部绕组，形成双馈结构。
外部绕组与电网相连。
7. 发电转换：转子上的双馈结构使得发电机能够将风能转化为电能，
并输出到电网中。
通过双馈异步风力发电机的工作原理，可以实现对风能的高效转换和可调节的发电功率输出。
同时，利用双馈结构，可以提高发电机对风速变化的适应性和控制性能，从而提高整个风力发电系统的效率和稳定性。
双馈式异步发电机的工作原理
双馈式异步发电机的工作原理双馈电机的原理目前的风电机组多采用恒速恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。
在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮的转速。
在这种情况下，风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。
效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。
与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，机组效率提高。
同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。
(1) 双馈电机的工作特性双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。
当双馈电机定子对称三相绕组由频率为f1(f1=p·n1/60)的三相电源供电时，由于电机转子的转速n＝(l-s)n1(s为转差率，n1为气隙中基波旋转磁场的同步速率)。
为了实现稳定的机电能量转换，定子磁场与转子磁场应保持相对静止，即应满足:ωr＝ω1-ω2其中:ωr是转子旋转角频率;ω1是定子电流形成的旋转磁场的角频率;ω2是转子电流形成的旋转磁场的角频率。
由此可得转子供电频率f2＝s·f1，此时定转子旋转磁场均以同步速n1旋转，两者保持相对静止。
与同步电机相比，双馈电机励磁可调量有三个:一是与同步电机一样，可以调节励磁电流的幅值;二是可以改变励磁电流的频率；三是可以改变励磁电流的相位。
通过改变励磁频率，可调节转速。
这样在负荷突然变化时，迅速改变电机的转速，充分利用转子的动能，释放和吸收负荷，对电网的扰动远比常规电机小。
另外，通过调节转子励磁电流的幅值和相位，可达到调节有功功率和无功功率的目的。
而同步电机的可调量只有一个，即励磁电流的幅值，所以调节同步电机的励磁一般只能对无功功率进行补偿。
双馈异步发电机 工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统的发电机，其工作原理是利用两个独立的电路，即主回路和辅助回路，来实现有效的变速调节和发电功率控制。
主回路是由发电机的定子绕组和电网组成，它负责将发电机产生的电能传输到电网中。
辅助回路由辅助回路绕组和产生逆变电压的逆变器组成。
辅助回路将逆变后的电能送回到发电机的转子绕组中，这样就形成了发电机的双馈结构。
通过控制逆变器输出的电压和频率，可以实现对发电机的转速和功率的调节。
在运行过程中，双馈异步发电机的转子绕组通过转速传感器等装置实时监测转子的转速，并将转速信号传输给控制系统。
根据所设定的转速和功率要求，控制系统通过调节逆变器的输出电压和频率，来控制转子的转速。
具体地说，当风能资源较为丰富时，控制系统会提高逆变器的输出电压和频率，从而提高转子的转速。
反之，当风能资源较为稀缺时，控制系统会降低逆变器的输出电压和频率，使转子的转速下降。
通过灵活地调节逆变器的输出，双馈异步发电机能够在不同的风力条件下运行，并始终保持较高的发电效率。
总的来说，双馈异步发电机通过在转子回路中引入辅助回路，并通过逆变器来调节转子的转速和功率，实现了对风力发电系统的灵活控制。
这种发电机具有高效、可靠和可变风速工作范围宽等优点，成为风力发电系统中常用的发电设备之一。
双馈异步发电机原理最好的讲解
双馈异步发电机工作原理一、先知道什么是双馈风力发电机双馈发电的意思就是指感应电机的定子、转子同时能发出电能，双馈发电机其转子和定子都最终连于电网，转子与定子都参与励磁，其定子和转子都可以与电网有能量的交换。
二、双馈异步发电机的原理是通过叶轮将风能转变为机械转矩，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，已达到最大利用风能效果。
三、特点1、由于定子直接与电网连接，转子采用变频供电，因此，系统中的变频器容量仅仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机最大转差功率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机容量的1/4-1/3，这样系统的总体配置费用就比较低。
2、具有变速恒频的特性。
3、可以实现有功功率和无功功率的调节。
四、如何实现变速恒频。
设双馈发电机的定子转子绕组为对称绕组，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磁场，这个旋转磁场的转速n1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：n1=60f1/p ,同样在转子三相通入频率为f2的三相对称电流，所产生的旋转磁场速度为n2=60f2/p,改变f2即可改变n2，而且若改变通入转子三相电流相序，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一样，其频率将始终维持为f1不变。
双馈发电机的转差率s=(n1-n)/n1 ,则双馈发电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60=p(n1-n)/60=p(n1-n)/n1*n1=pn1/60*(n1-n)/n1=f1*s上式表明：在异步发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为f1*s的电流，则在双馈发电机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。
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常见的发电机类型，其工作原理相对复杂，但通过深入了解其结构和工作原理，我们可以更好地理解其在
发电领域的应用。
在本文中，我们将详细介绍双馈异步发电机的工
作原理，帮助读者更好地理解这一技术。
首先，双馈异步发电机由定子和转子两部分组成。
定子部分类
似于普通的异步发电机，而转子部分则具有额外的电气设备，使其
具有双馈特性。
在发电机运行时，定子部分产生的磁场会感应转子
部分产生额外的电流，从而形成双馈效应。
双馈异步发电机的工作原理可以简单分为以下几个步骤，首先，当发电机转子部分受到机械输入时，会产生旋转磁场；其次，定子
部分的三相绕组会感应旋转磁场，从而产生感应电动势；接着，这
部分感应电动势会驱动定子部分形成电流，进而产生磁场；最后，
这个磁场与转子部分的磁场相互作用，形成电磁转矩，从而驱动发
电机产生电能。
双馈异步发电机的工作原理相对于普通的异步发电机来说更为
复杂，但其双馈特性使其在一些特定的场合具有更好的性能。
例如，
在风力发电领域，双馈异步发电机能够更好地适应风能的波动，提高发电效率；在水力发电领域，双馈异步发电机能够更好地适应水流的变化，提高发电稳定性。
总的来说，双馈异步发电机是一种在特定场合具有优势的发电机类型，其工作原理虽然相对复杂，但通过深入了解其结构和工作原理，我们可以更好地理解其在发电领域的应用。
希望本文能够帮助读者更好地理解双馈异步发电机的工作原理，为相关领域的研究和应用提供帮助。
7.1 异步电机双馈调速工作原理
绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统7.1 异步电机双馈调速工作原理本节提要概述异步电机转子附加电动势的作用一、概述转差功率的利用众所周知，作为异步电动机，必然有转差功率，要提高调速系统的效率，除了尽量减小转差功率外，还可以考虑如何去利用它. 但要利用转差功率，就必须使异步电动机的转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做到.绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机结构如图所示，从广义上讲，定子功率和转差功率可以分别向定子和转子馈入，也可以从定子或转子输出，故称作双馈电机。
绕线转子异步电动机转子串电阻调速根据电机理论，改变转子电路的串接电阻，可以改变电机的转速。
转子串电阻调速的原理如图所示，调速过程中，转差功率完全消耗在转子电阻上。
双馈调速的概念所谓“双馈”，就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相互传递。
至于电功率是馈入定子绕组和/或转子绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电机的工况而定。
双馈调速的基本结构如上图所示，在双馈调速工作时，除了电机定子侧与交流电网直接连接外，转子侧也要与交流电网或外接电动势相连，从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。
功率变换单元由于转子电动势与电流的频率随转速变化，即，因此必须通过功率变换单元（Power Converter Unit—CU）对不同频率的电功率进行电能变换。
对于双馈系统来说，CU应该由双向变频器构成，以实现功率的双向传递。
双馈调速的功率传输（1）转差功率输出状态异步电动机由电网供电并以电动状态运行时，它从电网输入（馈入）电功率，而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行；（2）转差功率输入状态当电机以发电状态运行时，它被拖着运转，从轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网.二、异步电机转子附加电动势的作用异步电机运行时其转子相电动势为Er = sEr0式中 s —异步电动机的转差率；Er0 —绕线转子异步电动机在转子不动时的相电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相电压值.转子相电流的表达式为：式中 Rr —转子绕组每相电阻;Xr0 — s = 1时的转子绕组每相漏抗转子附加电动势绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图附加电动势与转子电动势有相同的频率，可同相或反相串接。
双馈异步发电机原理
双馈异步发电机原理双馈异步发电机（Double Fed Induction Generator，DFIG）是一种常用于风力发电系统的电机。
它具有一定的功率调节能力和较高的发电效率，在现代能源领域得到广泛应用。
本文将就双馈异步发电机的原理进行介绍。
一、简介双馈异步发电机由固定部分（定子）和旋转部分（转子）组成。
定子绕组中通以三相对称电流，形成旋转磁场，而转子通过刚性转子轴与风力发电机的转动相连。
定子与转子的耦合通过定子绕组和转子绕组之间传递电流来实现。
这就是为什么它被称为“双馈”发电机的原因。
二、工作原理当双馈异步发电机以风力发电机的转动速度运转时，风轮带动发电机旋转，同时将机械能转化为电能。
定子的电压通过电网和电池汇流条供电。
为了实现双馈异步发电机的控制，定子绕组由逆变器供电，逆变器通过电网进行功率调节，并使双馈异步发电机保持在最佳工作状态。
三、主要特点1. 调节能力：双馈异步发电机的电压和频率可以通过逆变器调节，从而实现对功率输出的精确控制。
这使得它在风能系统中成为一种理想的发电机。
2. 高效性能：相比传统发电机，双馈异步发电机在输送能量时能够减小电流的损耗，提高发电效率。
3. 提高动态响应：双馈异步发电机可以通过逆变器的调节来提高其动态响应能力，使其能够更快速地适应变化的风速和负载。
4. 减少对电网的影响：双馈异步发电机可以通过逆变器来控制发电功率，减少对电网的负荷影响，提高电网的稳定性和可靠性。
四、应用领域双馈异步发电机在风力发电系统中得到广泛应用。
其调节能力和高效性能使其成为风能转换系统的核心组件。
同时，双馈异步发电机也可以应用于其他领域，如水力发电、轨道交通以及工业领域等。
总结双馈异步发电机具有调节能力强、高效、动态响应快以及对电网影响小等特点，为风力发电系统带来了巨大的发展潜力。
随着能源需求的不断增长，双馈异步发电机将继续在可再生能源领域发挥重要作用，为我们提供更清洁、可持续的发电解决方案。
双馈异步发电机变速恒频技术4
全电压方程为
u ds Rs Ls p 1 Ls Lm p 1 Lm ids u i R s L s p 1 Lm Lm p qs qs 1 Ls u dr Lm p s Lm Rr Lr p s Lr idr i L L p L R L p u qr s m m s r r r qr
3/2变换
iar ibr
ia ib
ua ub
AD单元
AD单元
uas ubs ias ibs iar ibr
ia ib ua ub u dd
双馈电机磁场定向控制原理
转速控制
电磁转矩是转速的一阶微分环节，而电磁转矩与电磁转矩电 流分量成正比，速度控制环节构造如下
* r
PI -
* iqr
r
转速测量
双馈电机磁场定向控制原理
定子侧有功功率为：
Lm s Ps Te1 n p 1iqr Ls
无功功率：
Qs n p1 ds
双馈电机磁场定向控制原理
转矩方程
Te n p Lm (iqs idr ids iqr )
运动方程
Te J d Tl n p dt
双馈电机磁场定向控制原理
将定子磁链定向在d轴上，此时有
ds s Ls ids Lm idr ids s Lm idr
ds Lm idr
Ls
双馈电机磁场定向控制原理
电流闭环控制 转子电压方程
2 L2 di L u dr Rr idr ( Lr m ) dr ( Lr m ) s iqr Ls dt Ls
变速双馈风力发电机工作原理
变速双馈风力发电机工作原理现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距( 风轮转动惯量) , 通过主轴传动链, 经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后, 通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速, 转子也处于发电状态, 通过变流器向电网馈电。
最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成, 立在一定高度的塔干上, 这即是小型离网风机。
最初的风力发电机发出的电能随风变化, 时有时无, 电压和频率不稳定, 没有实际应用价值。
为了解决这些问题, 现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。
齿轮箱可以将很低的风轮转速( 1 500 kW的风机通常为12~22 r/min) 变为很高的发电机转速( 发电机同步转速通常为1 500 r/min) 。
同时也使得发电机易于控制, 实现稳定的频率和电压输出。
偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。
要知道, 1 500 kW的风机机舱总重50多t, 叶轮30 t, 使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。
风机是有许多转动部件的, 机舱在水平面旋转, 随时偏航对准风向; 风轮沿水平轴旋转, 以便产生动力扭距。
对变桨矩风机, 组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转, 以便适应不同的风况而变桨距。
在停机时, 叶片要顺桨, 以便形成阻尼刹车。
早期采用液压系统用于调节叶片桨矩( 同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用) , 现在电变距系统逐步取代液压变距。
就1 500 kW风机而言, 一般在4 m/s左右的风速自动启动, 在13 m/s左右发出额定功率。
然后, 随着风速的增加, 一直控制在额定功率附近发电, 直到风速达到25 m/s时自动停机。
现代风机的设计极限风速为60~70 m/s, 也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏。
理论上的12级飓风, 其风速范围也仅为32.7~36.9 m/s。
风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制, 在稳定的电压和频率下运行, 自动地并网和脱网; 同时监视齿轮箱、发电机的运行温度, 液压系统的油压, 对出现的任何异常进行报警, 必要时自动停机, 属于无人值守独立发电系统单元。
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统中的发电机。
它可以在风速不稳定的情况下，有效地调节电力输出，提高发电系统的可靠性和稳定性。
双馈异步发电机由主绕组和副绕组两部分组成。
主绕组连接到电网，副绕组通过转子与风力发电机相连。
主绕组通常采用固定的磁场，而副绕组的磁场则由转子上的线圈产生。
当风力发电机旋转时，风力使得转子产生运动。
转子上的线圈通过转子运动产生感应电动势，并将电能转化为机械能。
这个机械能通过转轴传递到发电机的主绕组中。
主绕组将这个机械能转化为电能，并将其输入电网。
副绕组的作用是调节发电机的电力输出。
当风力发电机的转速发生变化时，副绕组的磁场也会随之变化。
这样一来，主绕组中输入电网的电力也会相应地发生变化。
通过调节副绕组的磁场，双馈异步发电机可以达到调节电力输出的目的。
双馈异步发电机的优点是在风速变化较快的情况下，仍然可以保持较高的发电效率。
同时，双馈异步发电机还具有自动调节功率因数和抗瞬态电压冲击的能力。
总而言之，双馈异步发电机通过主绕组和副绕组的协同工作，实现了风力发电系统的稳定运行和高效发电。
它在风力发电领域中具有重要的应用价值。
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机工作原理双馈异步发电机是一种常用于风力发电和水力发电等领域的发电机，其工作原理主要基于双馈变流器的控制原理。
双馈异步发电机由定子、转子、双馈变流器和控制系统等部分组成，其工作原理如下：首先，当双馈异步发电机接通电网后，定子绕组和转子绕组都会受到电网的激励，从而产生电磁力和电磁转矩。
在发电机运行过程中，双馈变流器会通过控制转子绕组的电流，调节发电机的输出功率和电压，从而实现对发电机的控制。
其次，双馈异步发电机的转子绕组通过双馈变流器与电网相连，可以实现双向能量的传递。
当发电机转速超过额定转速时，双馈变流器可以将多余的能量通过转子绕组反馈到电网中，从而实现对发电机的功率调节，提高发电机的运行效率。
另外，双馈异步发电机的控制系统可以实现对发电机的无级调速，使其在不同风速或水流条件下都能够保持稳定的输出功率和电压。
通过控制双馈变流器的工作状态，可以实现对发电机的无级调速和无功功率控制，从而满足不同场合对发电机功率和电压的需求。
总的来说，双馈异步发电机通过双馈变流器和控制系统的配合，实现了对发电机的精确控制和调节，提高了发电机的运行效率和稳定性，是一种在风力发电和水力发电等领域广泛应用的发电机类型。
在实际应用中，双馈异步发电机可以根据具体的需求和场合进行灵活的设计和调整，从而更好地满足不同场合对发电机功率和电压的需求。
同时，双馈异步发电机还具有结构简单、维护成本低等优点，因此在风力发电和水力发电等领域有着广阔的应用前景。
综上所述，双馈异步发电机通过双馈变流器和控制系统的精确配合，实现了对发电机的精确控制和调节，提高了发电机的运行效率和稳定性，是一种在风力发电和水力发电等领域具有广泛应用前景的发电机类型。
双馈式变速恒频风电机组变流器PPT课件
第1页/共18页
变流器应用范围
➢风力发电系统是一种将风能转换为机械能，再 有机械能转换为电能的装置。机械能转换为电 能由发电机完成。双馈式风力发电机组是指机 械能转换为电能部分有双馈发电机完成，常见 拓扑结构如图所示：
✓ 额定容量：400kVA, （690+10%） ✓ 额定交流电流：305 A连续值，最高温度40摄氏度 ✓ 最大电流：510 A。取决于温度。 ✓ IGBT电压等级：1700伏。 ✓ 最大连续操作直流电压1100伏 ✓ 额定连续直流电压：1050伏。 ✓ 提供对变流器的接地保护。
➢机侧变流器性能指标
➢ 并网/脱网操作。 ➢ 产生所需要的转矩/功率。 ➢ 产生所需要的无功功率。 ➢ 通过Crowbar电路，在电网故障时，能提供对变流器的保护。
第3页/共18页
变流器控制的基本原理
由交流异步发电机的原理可得下面关系式：
f1
fr
fs
np 60
fs
f1
n
p
fs 其中 为定子电流频率，为转速，为电fs机极对
第11页/共18页
变流器拓扑结构
➢ 用于控制的变流器测量 ✓ 转子速度，通过脉冲编码器接口。 ✓ 三相转子电流。 ✓ 直流母线电压。 ✓ 电网侧变流器三相线电流。 ✓ 定子电压。 ✓ 电网电压。 ✓ 发电机定子两相线电流。 ✓ 电网进线三相电流
第12页/共18页
变流器的性能指标
➢网侧变流器性能指标
第7页/共18页
变流器拓扑结构
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理双馈异步风力发电机机组是目前风力发电领域中应用较为广泛的一种发电机组。
其基本构成包括风机叶片、发电机、变流器等部件。
其中，变流器是整个系统中至关重要的部分，它可以将发电机产生的交流电转换为直流电，并根据系统的需要进行变压和逆变操作，实现最终的电能输送。
下面将详细介绍双馈异步风力发电机机组变流器的基本运行原理。
1. 实现双馈异步发电机的功率控制在双馈异步风力发电机机组中，双馈发电机在转动时由于风速的变化和负载的不同，其输出的电压和频率也会有所变化。
为了保证输出电能的稳定性和可控性，需要通过变流器对发电机输出的电流进行调节和控制。
变流器将发电机产生的交流电转换为直流电，并通过内置的控制系统实现对输出电流的调节和功率的控制，从而满足电网接入的需求。
2. 实现双馈异步发电机的无级变速双馈异步风力发电机机组的另一个特点是可以实现无级变速。
当风速发生变化时，变流器可以通过调节发电机的转速来实现风机的功率匹配，从而最大化系统的发电效率。
变流器通过控制发电机的转矩和速度，使得发电机的输出功率和风机转速保持在一个合适的工作范围内，同时确保整个系统的稳定性和可靠性。
3. 实现双馈异步发电机的无功功率调节双馈异步风力发电机机组在接入电网时，需要满足电网的无功功率调节需求。
变流器可以通过控制发电机的功率因数来实现无功功率的调节，从而维持整个系统的功率平衡和稳定运行。
变流器可以根据电网的要求调节发电机的无功功率输出，使得风力发电机机组可以在不同电网情况下灵活运行，并实现无功功率的补偿。
总的来说，双馈异步风力发电机机组变流器的基本运行原理是通过将发电机输出的交流电转换为直流电，并通过内置的控制系统实现对输出电流、功率、转速和功率因数的调节和控制，从而保证整个系统的稳定运行和高效发电。
变流器在风力发电系统中发挥着至关重要的作用，是风力发电技术不断发展和完善的关键技术之一。
双馈异步发电机课件
a.
亚同步发电运行 nr ＜n1时 ， （即 0＜S＜1） f2取正号，如果忽 略各种损耗，则发电 机的能量关系为： P电磁=P机械+P转差 P上网=P电磁 （定子馈电，转子由变 频器提供励磁）
超同步发电运行 nr ＞ n1时， （即 S＞1） f2取负号，如果忽略 各种损耗，则发电机 的能量关系为： P机械=P转差+P电磁 P上网=P转差+P电磁 （定子馈电+转子馈 电） 注：n1为发电机的同步 转速。
变速风力发 电机组
可以方便调 节有功功率 和无功功率 的输出，同 时调节电网 的功率因数。
变速风力发电机组
可以控制励磁调节发 电机的功率因数，使 功率因数达到1。在 相同条件下，同步发 电机的调速范围比异 步发电机更宽。
二、双馈发电机的工作原理
双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相 位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发 电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整， 使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通 过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频 率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。
五、双馈异步发电机YRSFK500L1-4概况
1.
发电机型号的含义
双馈异步发电机
2.
• • • •
结构数据
安装方式：IMB3 发电机安装倾斜角：5° 发电机本体防护等级：IP54 发电机集电环外壳防护等级：IP23 冷却方式：IC616（带空/空冷却器） 平衡等级：G2.5 绝缘等级：F 转动惯量：45kgm2 最大工作转速：2050r/min 最大转速：2400r/min 环境运行温度：－30℃~＋40℃ 环境生存温度：－40℃~＋50℃ 电机总重量：5.8t
交流励磁发电机变速恒频运行原理(升华版)
交流励磁发电机变速恒频运行原理1.风力机最大风能捕获运行机理风力是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源，但又是一种具有随机性﹑爆发性﹑不稳定性特征的动力源，因而存在一个如何使用风力机实现风能的高效采集﹑高效利用的问题。
由空气动力学原理，通过叶轮旋转面的风能只能被风力机吸收一部分，可用风能利用系数C p 来描述：C p =P m / P w （Ⅰ—1）其中：P m 为风力机吸收且输出的机械功率；P w 为通过浆叶输入风力机的功率。
故系数C p 反映了风力机吸收利用风能的效率。
风力机的风能利用系数C p 与风力机的一个重要运行参数叶尖速比λ密切相关，如图Ⅰ—1所示。
叶尖速比即叶轮的叶尖线速度与风速之比，即λ=R Ω/V=R2πn/(60V) （Ⅰ—2）式中R 为叶轮的半径，Ω为叶轮旋转的角速度，n 为叶轮的转速，V 为风速。
风力机的风能利用系数C p 与叶尖速比密切相关，风能利用系数与叶尖速比的关系曲线如图Ⅰ—1所示。
从图中可以看出只有在一个特定的叶尖速比λm 下，风能利用系数才能达最大值C pmax ，即获得最大风能利用（捕获）。
风力机从风能中吸收的功率，即风力机的输出功率为：p m C SV P 321ρ= （Ⅰ—3） 式中ρ为空气密度，S 为风力机叶轮的扫掠面积， V 为风速。
对于一个确定的风力机，从不同的风速和转速查得对应的C p 值，计算出不同风速下的输出功率，获得不同风速下风力机输出功率和风力机轴转速之间的关系曲线，如图Ⅰ—2所示。
可以看出，不同风速下风力机输出机械功率随叶轮转速而变化，每一个风速下存在一个最大输出功率点P max ，对应于图Ⅰ—1的最大风能利用系数C pmax 。
将各个风速下的最大功率点连接成线，即可得到最佳功率曲线P opt ，运行在这条曲线上，风力机将会获得最大风能捕获，有最大功率输出P max（Ⅰ—4）33'max m k n k P ω==图Ⅰ—1风力机的风能利用系数式中n 为风力机轴转速，ωm 为风力机机械角速度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
变速恒频双馈风力发电机运行原理张 波风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。
采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。
双馈电机变速恒频（VSCF ）风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制。
它的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。
1 工作原理1.1 双馈电机的VSCF 控制原理VSCF 风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变频器和控制器组成。
双馈发电机可在不同的转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。
当电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节发电机的功率因数。
双馈异步发电机的结构类似绕组感应发电机，其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源（一般采用交-交变频器或交-直-交变频器）供给三相低频电流，图1给出这种系统的原理框图。
当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度（n 2）与转子的机械转速（n ）相叠加，使其等于定子的同步转速（n 1），即21n n n ±=从而在发电机定子绕组中感应出相应与同步转速的工频电压。
由上面转速关系可以推出风力发电机转速与定、转子绕组电流频率的关系，即式中 f 1、f 2、n 和p 分别为定子电流频率、转子电流频率、发电机的转速和极对数。
当风速变化时，转速随之而变化。
由式(1)可知，当转速n 发生变化时，若调节f 221()f sf =±相应变化，可使f 1保持恒定不变，即与电网频率保持一致，实现风力发电机的VSCF 控制。
当风力发电机处于亚同步速运行时，式(1)取正号；当风力发电机处于超同步速运行时，式(1)取负号；同步速运行时，f 2=0，变流器向转子提供直流励磁电流。
1.2 不同运行方式下的转子绕组功率流向当忽略电机损耗并取定子为发电机惯例而转子为电动机惯例时，发电机的定子输出电功率P 1等于转子输入电功率（转差功率）与电机轴上输入机械功率P mech 之和，即式中s为转差率11n nsn⎛⎫-=⎪⎝⎭。
由式(2)、(4)可知，当发电机在亚同步速运行时，s>0，需要向转子绕组馈入电功率，由转子传递给定子的电磁功率为sP1，风力机传递给定子的电功率只有(1-s)P1。
当发电机在超同步速运行时，s<0，此时转子绕组向外供电，即定转子同时发电，此时风力机供给发电机的功率增至(1+|s|)P1。
双馈发电机在低于和高于同步速不同运行方式下的输入输出功率关系，可用图2功率流向示意图表示。
由于在低于和高于同步速不同运行方式下转子绕组的功率流向不同，因此需要采用双向变频器。
2 励磁控制系统结构2.1 励磁控制系统的基本功能为满足双馈发电机低于同步速、等于同步速和高于同步速运行的各种工况要求，向转子绕组馈电的双向变频器应满足输出电压（或电流）幅值、频率、相位和相序可调。
通过控制励磁电流的幅值和相位可以调节发电机的无功功率；通过控制励磁电流的频率可调节发电机的有功功率；通过风力机变桨距控制与发电机励磁控制相结合，可按最佳运行方式调节发电机的转速。
2.2 励磁控制系统基本组成VSCF双馈风力发电机模拟试验系统框图如图3所示。
该系统由额定功率为2.8kW的绕线转子感应电机、直流拖动电动机、调压器、IGBT交直交双向变频器、光电编码器、电流及电压传感器、80C196MC单片机、PC机及参数显示器等组成。
3 励磁系统控制原理3.1 变速恒频控制双馈风力发电机的变速恒频控制，就是根据风力机转速的变化相应地控制转子励磁电流的频率，使双馈发电机输出的电压频率与电网保持一致。
实现变速恒频控制可以采用两种方法，即有转速传感器和无转速传感器的变速恒频控制。
前者控制相对容易，但需要光电编码器；后者控制技术稍复杂一些。
图3 所示励磁控制系统采用有速度传感器的变速恒频控制。
电机的极对数p =2，定子电流频率f 1=50Hz 。
将p 和f 1值代入式(1)，可得励磁电流频率f 2的与电机转速检测信号的关系式。
亚同步速时馈入转子的电流频率为式中k p 是计数器在每10ms 所记录的光电编码器的输出脉冲数。
可根据光电编码器每转输出2000个脉冲计算出电机转速与k p 的关系，具体推导公式详见附录。
图4是双馈发电机低于同步速运行时转子绕组电流随转速调节频率的波形。
由图可以看出，转子电流的频率根据转速按式(1)的规律变化，实现了双馈发电机的变速恒频控制。
3.2 恒定电压控制当定子绕组开路，双馈发电机作空载运行时,定子绕组开路相电压的有效值为式中 f 1为定子绕组的电压频率；N 1和k w1分别为定子绕组每相串联匝数和绕组系数，公式推导详见附录。
每极磁通()02I φφ=由转子绕组励磁电流决定。
由式(7)可知，当定子绕组电压频率f1为恒定值时，在不同转速下只要保持转子绕组励磁电流值不变便可使定子绕组端电压保持不变。
然而当发电机负载运行时，由于定子绕组电阻和漏电抗压降，以及由于定子电流电枢反应磁场的影响，即使转子励磁电流不变，每极磁通和定子绕组端电压也不再是常数。
为了保持在不同运行状况下发电机端电压恒定，需要通过电压反馈调节转子励磁电流实现闭环恒压控制。
试验表明，双馈发电机输出电压采用闭环控制后，转速由1300r/min增加到1480r/min，定子绕组输出电压仅变化了0.2V。
3.3 双馈发电机的并网控制传统的风力发电机组多采用异步发电机，并网时对电网的冲击较大。
双馈发电机可通过调节转子励磁电流实现软并网，避免并网时发生的电流冲击和过大的电压波动。
在图3的励磁控制系统中，并网前用电压传感器分别检测出电网和发电机电压的频率、幅值、相位和相序，通过双向变流器调节转子励磁电流，使发电机输出电压与电网相应电压频率、幅值及相位一致，满足并网条件时自动并网运行。
由图5看出，并网后定子电流有振荡现象，这是由于在并网试验中没有采用有功和无功功率闭环控制造成的，采用闭环控制后，发电机的功角保持不变可解决电流震荡问题。
如图5所示，并网前发电机电压略高于电网电压，并网后发电机电压即为电网电压。
并网前发电机电流为辅助负载的电流，并网后的电流为馈入电网的电流。
辅助负载用于并网前的发电机电压和电流监测，并网后将辅助负载切除。
为了便于并网前后发电机定子绕组电压电流的比较，并网试验中采用了辅助负载检测并网前定子绕组的电压和电流，在实际VSCF系统中，不一定需要辅助负载，可检测与比较电网和发电机的端电压以确定是否满足并网条件。
3.4 三态转换控制在亚同步速运行时，变频器向转子绕组馈入交流励磁电流，同步速运行时变流器向转子绕组馈入直流电，而超同步速运行时转子绕组输出交流电通过变流器馈入电网。
亚同步、同步和超同步三种不同运行状态的动态转换是变速恒频双馈风力发电机励磁控制的一项关键技术。
由于风速变化的不稳定性，风力发电机难以长时间稳定运行在同步速。
为了避免反复跨越同步点和在同步速附近小转差区的控制难度，在实际变速恒频风力发电系统中，总是把稳定运行工作点选在避开同步速附近小转差区(|s|<0.05)以外的区间。
自然，跨越同步点是难免的。
跨越同步点的三种运行状态的转换可采用两种不同的方法，一是采用“交-直-交”控制模式，二是采用“交-交”控制模式。
“交-直-交”控制模式是随着发电机转速的增高逐渐降低转子绕组电流的频率，当转速接近同步速时供给转子绕组直流（此时转子三相绕组为“两并一串”的联接方式而变频器控制不同桥臂的三个功率开关器件同时导通或关闭，输出可控的直流励磁电流）。
当转速超过同步速后，变流器停止直流供电，此时转子绕组向变流器输出转差频率的交流电。
采用“交-直-交”控制模式的发电机跨越同步速时的转子电流实测波形如图6所示。
“交-交”控制模式因省去了向转子绕组供直流电的环节，控制稍微容易一些，但三种运行状态转换的平滑性稍差一些，其转子电流试验波形如图7所示。
参考文献：⑴中国电机工程学报 第23卷 第11期 2003年11月 林成武 王凤翔 姚兴佳⑵《风力发电》讲座 第三讲 中国科学院电工研究所 倪受元⑶《电机学》中国电力出版社 第三版 东南大学 周鹗⑷《风力发电》中国电力出版社 王承熙 张源附录：1、公式推导：（1）21f sf =±推导： 由于2260pn f =，且 12n n n =±，所以 ()1211211606060p n n pn pn n n f sf n ±--===±=± （2）10p k f =推导：设发电机转子转速为n r/min ，则1ms 电机转速为601000n ⨯ r/ms ，所以10ms 输出脉冲个数1020006010003p n n k =⨯=⨯，又60f n p =，代入上式得606010332p ff p k f ===⨯，故 10p k f = （3）011104.44w U f N k φ=推导：设m φφω=sin t ，则空载电动势()0110cos 2sin 90m d e N N t E t dt φωφωω=-=-=-， 因此 11101111104.44 4.4422mm m E f N f N k ωφφ====，其中12f ωπ=，10m k ωφφ=2、功角将δ=ψ-ϕ定义为功角。
它表示发电机的励磁电势（空载电势）和端电压之间相角差。
功角对于研究电机的功率变化和运行的稳定性有重要意义。
ψ为内功率因数角，其定义为空载电势与负载电流之间的夹角。
如图所示：根据电机学原理，在忽略电机电枢绕组电阻情况下，隐极发电机的有功功率和无功功率可分别表示为其中，U 为发电机的端电压，E q 为发电机的感应电势，x d 为发电机的同步电抗，δ为感应电势与端电压间的相位夹角(称为发电机的功率角或功角)，P 为有功功率，Q 为无功功率。
当感应电势和电压恒定时，传输的有功功率是功角δ的正弦函数。
3、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)IGBT是以GTR(功率晶体管)为主导元件，MOSFEET(电力场效应晶体管)为驱动元件的复合管。
等效电路图如下:友情提示：方案范本是经验性极强的领域，本范文无法思考和涵盖全面，供参考!最好找专业人士起草或审核后使用。