双馈电机原理

交流励磁调速电动机与常规的串级调速异步电机相比较，它克服了串级调速电机功 率因数低、调速范围窄、有死区、电流大、效率低的缺点。交流励磁电机有任意可调的 高功率因数、更宽的调速范围、且能在同步转速以上运行、效率高、节约投资等优点。
双馈电机基本原理
3.3交流励磁发电机
现代电力系统的发展趋势是单机量越来越大，送电距离日益增长，为提高 输电效益，输电线电压等级提高。此外，电网负荷变化率也随社会进步越来越大， 这使输电线出现传输有功功率低于其自然功率的工况。这时线路出现过剩无功功 率，引起持续工频过电压。这会危及系统的安全运行和增加损耗。目前的解决办 法是在线路上加装静止电抗器、调相机或静止无功补偿器，或要求发电机进相运 行，这些措施存在一定的技术和经济上的缺点。
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3.交流励磁电机的应用 由于交流励磁电机有三个可调量，通过励磁调节，不仅保持了同步机的可以
调无功功率的优点，还能调速、调有功功率，因此可应用领域很广。 3.1交流励磁变速发电机
原动机转速变化的发电机组，都可以考虑采用交流励磁电机。例如潮汐电站 ，水头是变化的，则希望转速也变化。风力发电机，随风速的变化也希望转速改 变。船舶与航空发电机，其转速是紧跟推进器速度的，转速也是改变的。过去由 于受电网频率限制，发电机转速不能变，迫使原动机在不同水头、不同风力等情 况下维持一个转速，显然是不合理的。它使机组效率降低，原动机受损，也使发 电质量下降或被迫降低出力，甚至停机。现在可通过调节交流励磁电机励磁电流 的幅值、频率与相位，使得原动机速度改变时，也可保证发电机发出的电能质量 ，从而提高了机组的运行效率，实现发电机与电网的柔性连接。
双馈电机基本原理
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1.交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理 长期以来，常规的交流同步电机为直流励磁，异步电机没有励磁绕
组，其励磁通过定子取自电网。近来，随着电力电子技术和数字控制技 术的发展，出现了双馈形式实现交流励磁的交流电机。这种电机随着交 流励磁频率的改变，不管是电动机或发电机，可以运行在不同速度，也 就是说，可以变速发电或调速拖动。同时发现这种电机有调节电网功率 因数和提高电网稳定性的功能，而且可以使水轮机、风力机等原动机或 水泵等被拖动机械运行在最佳工况，使机组效率提高。
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2.交流励磁电机的优点
如果从电机转子的转速是否与同步转速一致来定义异步机或同步机，则交流 励磁电机应当被称为异步机。但交流励磁电机在性能上又不像异步机而相反有很 多同步机的性能。例如，异步机是通过定子从电网吸收励磁电流，本身无励磁绕 组，交流励磁电机与同步机一样有独立的励磁绕组；异步机无法改变功率因数， 交流励磁电机与同步机一样可调节功率因数；异步机的转速随负荷变化而变化， 交流励磁电机与同步机一样，负荷改变时，转速可保持不变。所以有的称交流励 磁电机为交流励磁同步电机，又有的称为同步感应电机，又有的称为异步化电机 ，也有的称为双馈电机，因为定、转子都馈电。实际上，它是具有同步电机特性 的交流励磁的异步机，是一种从旧电机中发展出来的新型电机，其性能比同步机 还优越。
由于交流励磁电机可以调节励磁电流的相位，从而改变转子磁场的位置，改 变电机电势与系统电压相量间的夹角，达到改变功率角使电机稳定运行的目的。 所以通过采用交流励磁可使电机吸收更多无功功率，解决电网电压升高的弊病， 也使得运行效率、电网质量与稳定性有所提高。
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3.4交流高速发电机
从理论上讲，当通过转子的交流电相序与定子相序相反就能得到高于同步转速的转 子。一个二极机在50Hz频率下其转速为3000r/min，如在转子中通入方向相反的50Hz励 磁电流，则转子转速将为6000 r/min。这样一个转速，对燃气轮机拖动的发电机来说是 很合适的，因为燃气轮机的合理转速是在6000 r/min左右。过去是通过变速装置将转速 降低到3000 r/min 来拖动发电机。如果可以使发电机与燃气轮机直接对组远行，不仅省 略了多事故的变速装置，且使整个机组缩小，有可能安装在一个不大的台板上。这样一 个既经济又紧凑的装置对燃气轮发电机组的发展也将产生一定影响。由于大容量高转速 的发电机转子的设计制造比较困难，这种发电方式，还未见采用，无刷双馈的结构在此 更显重要。
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同步电机励磁的可调量只有一个，即电流的幅值。所以同步电机励磁一般 只能对无功功率进行调节。交流励磁电机励磁的可调量有三个：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，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。改变转子励磁电流的 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 机的功率角也可进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功功率，也可调节有功功 率。当电机吸收无功功率时，往往由于功率角变大，使电机稳定度降低。如通过 调节交流励磁的相位，减小机组的功率角，使机组的运行稳定性提高，从而可多 吸收无功功率，克服目前由于晚间负荷下降、电网电压过高的不利局面。因此说 ，交流励磁电机较同步机有更优越的运行性能。
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3.2交流励磁调速电动机
随着电力电子技术的发展，大容量可控变频装置得到发展与完善，使交流调速技术 发展十分迅速，但这些调速电动机都是通过改变供电电源的频率来改变转速的。这种变 频装置的容量必须与电动机的功率相一致。高压大容量变频装置的价格往往高于电动机， 尤其是较高速电机。对于电机来说由于速度高，体积小，价格下降，但由于功率不变， 高压变频装置价格相对更高。由于价格原因，变频交流调速电动机虽有很好的性能，但 其推广受到很大阻力。如果采用交流励磁调速，其变频装置的功率随调速范围不同而有 所不同。在调速范围为30％左右时，其变频装置功率可做到电动机功率的15％左右，这 就使变频装置价格下降很多。当然对于电动机还需解决不用变频器如何起动的问题。更 重要的是控制绕组可设计成低压，也就避免了变频器高压化的不利影响，所以交流励磁 双馈调速系统是高压大容量交流电机变频调速的合理方案。