2双馈调速原理
双馈电机原理
双馈电机原理1 单馈电机与双馈电机众所周知，一般线绕型异步电动机转子串电阻调速（图1a）或按可控硅低同步串级调速（图1b）其转子调速（n）均低于定子同步转速(n1),转差功率（PS）都是从转子绕组输出，前者消耗在外接电阻上，后者回输到电网上。
（转差功率即转子铜耗。
电机同步转速不变，输出转速变小时，转子电流增加，转子铜耗增加。
即转速越低，转差功率越大；异步电机定子旋转磁场与转子转速的差额率称转差率）通常，人们将这种定子由固定电源（一般为工频电网电源）供电，转子消耗或回收转差功率的交流异步电动机称为―单馈‖电机。
忽略电机损耗，设电机定子电磁功率为P1，电源相序为A-B-C ；电机转子绕组同步转速为n2,(转子三相电流相序为a-b-c)；转子输出机械功为PM,则单馈电机的功率与转速关系为：P1=PM+PS ……………………………….....①单馈电机功率（P1）=转子输出机械功（PM）+转差功率（PS）n=n1-n2 ……………………………………….②单馈电机转速（n）=定子同步转速（n1）—转子同步转速（n2）欲使电机转速超越同步转速，根据电磁感应关系和电机稳定运行条件可知，电机转子绕组应由另一套输出电压为Ef的独立附加电源Sf（又称交流励磁电源）供电，并向转子绕组输入转差功率PS，且励磁相序应改为a-b-c（图1c）。
这种定、转子绕组分别由各自交流电源供电的交流电机称为―双馈‖电机。
工作于超同步电动状态的―双馈‖电机其功率及转速关系为：P1+PS=PM ………………………………………③双馈电机功率=转子输出机械功（PM）—转差功率（PS）n=n1+n2 ………………………………………......④双馈电机转速=定子同步转速（n1）—转子同步转速（n2）―双馈‖与―单馈‖电机本质区别是：―单馈‖电机转子绕组三相电流是感生的，输出转差功率PS（相当于―发电‖），三相电流相序不能改变，只能实现低同步以下（n<n1）调速；―双馈‖电机的转子绕组三相电流由转子感应电势E2与Ef共同产生，Sf电源可强制性向电机输入PS，且三相电流的相序可加以控制。
双向调速回路的原理
双向调速回路的原理
双向调速回路是一种用于控制电机转速的回路，其原理如下：
1. 速度传感器：通过安装在电机轴上的码盘或霍尔传感器等装置，检测电机的转速，并将信号转换为电压信号。
2. 比例放大器：将速度传感器输出的电压信号放大，并与设定的目标转速信号进行比较。
3. 控制器：根据比例放大器输出的误差信号，计算并输出电流控制信号。
4. 电流控制器：根据控制器输出的电流控制信号，控制电机的电流。
5. 功率放大器：根据电流控制器输出的电流信号，通过功率放大器将电流信号放大，并驱动电机。
6. 双向开关：根据控制器输出的方向信号，控制电机正反转。
7. 反馈信号：电机的转速反馈信号经过低通滤波器，与设定的目标转速信号进行比较。
通过不断调整控制器计算输出的电流控制信号和方向信号，使得电机的转速逐渐
接近设定的目标转速。
当电机的转速与目标转速相等时，控制器输出的电流控制信号和方向信号达到平衡，电机保持在设定的转速上运行。
双向调速回路的原理基于这样的控制思想，通过不断调整电机的电流和方向，使其转速保持在设定的值上，实现电机的精确调速。
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中得到广泛应用。
我们来了解一下双馈风力发电机的工作原理。
双馈风力发电机是一种采用异步发电机的结构，其转子由两部分组成：一个是固定子，另一个是转子。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
在双馈风力发电机中，转子的定子通过拖动转子的磁场，使得风力发电机可以实现变频调速。
双馈风力发电机具有转矩平稳、响应速度快的优点，可以适应不同风速下的工作状态。
接下来，我们介绍一下直驱风力发电机的工作原理。
直驱风力发电机是一种采用永磁同步发电机的结构，其转子由永磁体构成。
风力通过叶片传递给转子，转子通过直接驱动发电机产生电能。
直驱风力发电机不需要传动系统，减少了能量转换的损失，提高了发电效率。
直驱风力发电机具有结构简单、体积小、维护成本低等优点，逐渐成为风力发电领域的主流技术。
我们来了解一下半驱动风力发电机的工作原理。
半驱动风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合体，它采用了双馈发电机的转子结构和直驱发电机的永磁体。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
半驱动风力发电机兼具双馈风力发电机和直驱风力发电机的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中发挥重要作用。
双馈风力发电机通过变频调速实现转矩平稳，响应速度快；直驱风力发电机通过永磁同步发电机实现高效发电；半驱动风力发电机兼具双馈和直驱的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
随着风力发电技术的不断发展，这些风力发电机构将进一步完善和提升，为可持续能源的开发和利用做出更大贡献。
异步电机双馈调速工作原理
异步电机双馈调速工作原理首先，异步电机双馈调速的基本工作原理是通过降低转子电压的频率来调整转子的转速。
根据电机的转子电压等于输入电压减去转子电流的电压降，通过降低转子电压的频率，可以实现转子转速的调整。
具体来说，通过改变额外绕组的电压和频率，调整电机的转子电压和转速。
当降低转子电压的频率时，转子电流的幅值减小，转子电力降低，转子的转速也随之降低。
反之，当增加转子电压的频率时，转子电流的幅值增加，转子电力增加，转子的转速也随之增加。
其次，异步电机双馈调速还包括电流均分控制。
电流均分控制是指通过调整额外绕组的电压和频率，使额外绕组的电流分布均匀，使得转子的各个绕组受到的转矩相等。
通常情况下，额外绕组的电流分布不均匀，可能导致转子产生额定转矩以下的转矩。
电流均分控制可以通过调整额外绕组的电压和频率，使得额外绕组的电流分布均匀，从而实现转矩均分，提高电机的工作效率。
最后，异步电机双馈调速还涉及到转矩控制。
转矩控制是指在转速调整的同时，实现对电机输出转矩的控制。
通过改变额外绕组的电压和频率，可以调整转子的电磁转矩大小。
一般来说，转子电压越大，额外绕组电压越大，电磁转矩也越大。
通过控制额外绕组的电压和频率，可以实现对电机输出转矩的控制，使电机能够适应不同负载条件下的需要。
需要注意的是，异步电机双馈调速需要额外安装绕组和调速装置，相比于普通的异步电机，成本和复杂度都会有相应的增加。
但由于其实现了转速和转矩的调控，使得电机能够适应不同负载条件和工作需求，广泛应用于风力发电、轨道交通等领域，成为现代工业中常见的调速技术之一综上所述，异步电机双馈调速的工作原理包括转子电压降频调整、电流均分控制和转矩控制三个方面。
通过调整额外绕组的电压和频率，可以实现电机的转速和转矩的调节，从而适应不同工况和需求。
这项技术的应用在现代工业中具有重要的意义，可以提高电机的工作效率和稳定性，减少能源的消耗。
(4).交流电机串级调速和双馈调速
19 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 （2）次同步速回馈（1>S’>0)
—交流电机调速理论与方法—
电磁功率 PM< 0 机械功率 Pmec< 0 转差功率 PS> 0
制动转矩
20 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 （3）超同步电动（S’<0)
αp
Ce
Ce
浙江大学电气工程学院
—交流电机调速理论与方法—
AB：①状态 BC：②状态 C以后：③状态，不能正常工作
4、串调系统的功率因数 功率因数低的原因： 逆变桥相位滞后，吸收无功 波形畸变 电动机、逆变变压器吸收无功 转差功率回馈，相当于电网吸收无功 例：调速范围2:1
2008-10-12
低速：0.4～0.5
—交流电机调速理论与方法—
14 大学电气工程学院 5、串调系统的起动 调速范围按0→nN设计的系统，可直接起动
—交流电机调速理论与方法—
停车次序：先断开电机侧电源，后断开逆变器侧交流电源
15 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 二、绕线式异步电机双馈调速系统 1、双馈调速的基本原理
浙江大学电气工程学院 （5）倒拉反转 电动（S’>1)
—交流电机调速理论与方法—
电磁功率 PM> 0 机械功率 Pmec< 0 转差功率 PS< 0
23 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 3、他控与自控 （1）他控式（也称同步工作方式）
—交流电机调速理论与方法—
浙江大学电气工程学院 三、双馈式变速恒频风力发电系统 1、绕线式异步电机 （1）系统结构
双馈电机原理
谢谢
17
最大风能追踪机理
最大风能追踪实现
最大风能追踪的本质就是在风速发生变化时调节机组转速，保持最 佳叶尖速比。 实现最大风能追踪，可以通过风力机控制实现,也可以通过发电机控 制实现。
采用通过发电机功率控制实现最大风能追踪的方案的原理是： 通过 控制发电机输出功率来控制发电机阻转矩, 进而控制机组转速，以求 在风速变化时保持最佳叶尖速比，实现最大风能追踪。
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。
双馈电机基本原理
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
fs 0
变频器提供直流励磁
转子回路能量流动
转子功率
P2 Ps sPm sP 1
亚同步发电 s>0 P2>0 变频器向转子绕组输入功率 超同步发电 s<0 P2<0 转子绕组向变频器输入功率 故要求变频器具有能量双向流动能力
最大风能追踪机理
VSCF风力发电 系统运行区域
并网控
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。
双馈电机基本原理
2.交流励磁电机的优点
21双馈调速原理
运动控制系统专题报告说明书题目：绕线式异步电动机双馈调速系统专业班级：电气自动化03班学号：姓名：指导教师：成绩：2014年6月16日至6月30日一．双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1．1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率S 。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压U ，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量U ，有三种典型方向可以使用 (1)U 2与转子感应电势E 20s 同相 (2)U 2与转子感应电势E 20s 反相 (3U 2超前转子感应电势姬，E 20s 90度其中，与转子感应电势E 20s 同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势 E 20s 90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：(1)异步电动机正常运行时的矢量关系如图1．1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗z 1后有.1U ≈-.1E =.2sE 电机定子电流.m .2.1I I I -+=电机定子、转子的功率因数角分别为α,β。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势E 20s 同相时的矢量关系如图1．1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值.2sE保持不变，即满足.2..22.ESUsE+=随着附加电势折算值U2的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。
双馈发电机工作原理
第七章双馈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，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象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：一是可调节的励磁电流幅值；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，可改变发电机的转速，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移，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调节无功功率，还可以调节有功功率。
交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。
但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力发电机组均是采用此种控制策略。
一、双馈电机的基本工作原理设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n称为同步转速，它与电网频率气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速11f 及电机的极对数p 的关系如下：pf n 1160=（3-1）同样在转子三相对称绕组上通入频率为2f 的三相对称电流，所产生旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为：pf n 2260=（3-2）由式3-2可知，改变频率2f ，即可改变2n ，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。
2双馈调速原理
一.双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1. 1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：厶=(sE初土 S)/｛尸；+(此2)' j可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率s。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压u，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量u,有三种典型方向可以使用(1) 与转子感应电势同相(2) 与转子感应电势反相(3超前转子感应电势姬，90度其中，与转子感应电势同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：⑴异步电动机正常运行时的矢量关系如图1. 1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗后有~ -=-s电机定子电流+电机定子、转子的功率因数角分别为a , B。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势。
同相时的矢量关系如图1.1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值保持不变，即满足s U2+ 随着附加电势折算值u;的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。
当附加电势折算值增大到大于系统原有s时，会使系统新的转差率S'变负，即电机转速超过同步转速。
此时的矢量关系如图1-1(d)所示。
(3) 附加电势U2与转子感应电势。
反相时的矢量关系如图1 —1(c)所示，其分析方法同上。
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。
双馈风力发电机及控制原理
双馈风力发电机及控制原理1. 引言随着环境保护和可再生能源的重要性越来越被人们所认识，风力发电作为一种清洁能源发电方式受到了广泛的关注。
双馈风力发电机作为一种较为常见的风力发电机类型，具有较高的效率和可靠性，被广泛应用于风力发电场。
本文将介绍双馈风力发电机及其控制原理，以帮助读者更好地理解和应用双馈风力发电机技术。
2. 双馈风力发电机原理双馈风力发电机是由风力发电机、功率变换装置和控制系统组成的。
其工作原理如下：1.风力发电机：风力发电机是将风能转化为机械能的装置。
其主要部件有叶片、轴承、传动装置等。
当风经过叶片时，叶片会受到空气的推力，使得转子旋转，进而驱动主轴转动。
2.功率变换装置：功率变换装置将发电机产生的机械能转化为电能，并连接到电网中。
双馈风力发电机使用的是双馈变流器，它包括一个转子侧变频器和一个电网侧变频器。
转子侧变频器将转子输出的电能转化为交流电，并传输到电网侧变频器。
电网侧变频器则将交流电转化为电网所需的电能，并与电网进行连接。
3.控制系统：控制系统是对双馈风力发电机进行监测和控制的装置。
它通过传感器将双馈风力发电机的状态信息传输给控制器，控制器根据预设的运行参数对发电机进行调控。
例如，控制器可以根据风速变化调整发电机的转速，以最大限度地提高发电机的效率。
3. 双馈风力发电机的优势相比于其他类型的风力发电机，双馈风力发电机具有以下几个优势：•高效率：双馈风力发电机在部分负载工况下能保持较高的效率，有效提高了发电机能量转换的效率。
•抗风干扰能力强：双馈风力发电机控制系统具有较强的抗风干扰能力，能够稳定运行并输出稳定的电能。
•可靠性高：双馈风力发电机采用的双馈变流器能够有效避免发电机因电网故障等原因引起的故障，提高了发电机的可靠性。
4. 双馈风力发电机控制原理双馈风力发电机控制系统主要通过控制器对发电机的调速、电压和功率进行控制。
其控制原理如下：1.风速检测和采集：通过风速传感器检测风速，并将风速数据传输给控制器。
双馈电机原理pptx
双馈电机矢量控制系统的优缺点
优点包括调速范围宽、精度高、响应快、节能等；缺点包括成本高、对参数的敏感性、容易受到外部干扰等。
基于模型的优化方法
建立双馈电机矢量控制系统的数学模型，通过优化算法进行优化，如遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
基于控制的优化方法
通过调整控制策略和控制参数，实现对双馈电机矢量控制系统的优化，如PID控制、鲁棒控制和自适应控制等。
风力发电
双馈电机在新能源领域的研究与应用
双馈电机在太阳能发电系统中作为发电机，可以实现最大功率跟踪和并网控制，提高系统的稳定性和效率。
太阳能发电
在海洋能发电系统中，双馈电机可以应用于潮流能、波浪能等海洋能源的转换，提高能源利用效率。
海洋能发电
双馈电机技术的挑战与解决方案
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双馈电机的特点
双馈电机的定义与特点
双馈电机技术的起源
双馈电机技术起源于20世纪初，由美国工程师Gibbs提出并申请了专利。
双馈电机的发展历程
双馈电机在20世纪中期得到了广泛应用，并在21世纪初实现了快速发展，广泛应用于电力系统和工业领域。
双馈电机的历史与发展
1
双馈电机在各领域的应用
2
3
在风能领域，双馈电机被广泛应用于风力发电系统中，提高发电效率和可靠性。
矢量控制系统的优化方法
双馈电机实验与分析
04
电源及控制器
01
采用高性能直流电源和矢量控制变频器作为主要设备，为电机提供稳定的电源和精确的转速控制。
双馈电机实验系统的搭建
电机与负载
02
选用合适的双馈电机和负载，确保实验系统能够模拟各种工况下的运行情况。
测量与保护
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。
双馈电机的原理
双馈电机的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。
双馈电机原理
双馈电机基本原理
np f s f1 60
式中： f1——定子绕组电流频率； fs——转子绕组电流频率； n——转子旋转的转速； p——电机的极对数。
其中，“+”用于亚同步运行，“－”用于超同步运行，后者要求转子绕组相序与定子相反。 从这个关系式可以看出，当转子转速n变化时，可调节转子的供电频率fs，保持f1不变，即保证定子 馈电频率不变，与电网一致。 采用这种交流励磁变速恒频双馈发电机系统有如下优点： (1) 允许原动机在一定范围内变速运行，简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组 控制更加灵活、方便，提高了机组运行效率。 (2) 调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率。应 用矢量控制可实现有、无功功率的独立调节。 (3) 需要变频控制的功率仅是电机额定容量的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少。 正因为这些优点，使得交流励磁双馈发电机成为变速恒频风力发电领域应用的主流发电机。
DFIG是一台多变量、强耦合、非线性、时变复杂系统, 必须采取解 耦控制策略, 实现发电机转矩的动态控制, 其中磁场定向矢量控制是有 效策略。
谢谢
17
风力机输出功率与转速关系
每一风速下，一定转速时才能有最大功率输出 定桨距风力机恒转速下只有一种风速输出功率 最大，其他风速输出功率差 各种风速下最大功率点连线为 最佳功率曲线
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各种风速下均能获得最大风能， 发电机必须变速运行
风力机输出功率特性
交流励磁特性
变速下恒频输出电能
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。
双馈电机双三电平调速系统的研究
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二 双馈 电机调速 系统示意图
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所 以在实 际 中较少 运用
。
一（ ｂ ） 可以看 出， Ｖ 耐的合成次序为 Ｖ （ ０ ， － １ ， 一 １ ） 一Ｖ ， （ １ ， 一 ｌ ， １ ） 一Ｖ （ １ ， ０ ， 一 １ ） 一Ｖ （ １ ， ０ ， ０ ） 。 其 中， （ １ ， 一 １ ， 一 １ ） 、 （ １ ， ０ ， ． １ ） 为大中矢量 ， 在一股 情况下对中点 电位没有 影 响， 而（ ０ ， 一 １ ， ． １ ） 与（ １ ， ０ ， ０ ） 为互逆冗余小矢量 ， 对 中点电位具有相反的影响，那么通过引入 中点电位
（ ｂ ）
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一
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三电平 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 简化算法示意图
Ⅳ
Ｖ
Ｖ
双馈电机原理pptx
负载变化
停机过程
在电机正常运行时，逐渐改变负载，观察并 记录电机的转速和电流变化情况，分析双馈 电机在负载变化下的性能表现。
逐渐降低电机转速，直至停机，观察并记录 电机的停机过程和电流变化情况。
结果分析与讨论
01
数据分析
对实验过程中采集的数据进行分析，如绘制电机转速与电流的关系图
、电机效率与转速的关系图等，以全面评估双馈电机的性能。
双馈电机原理pptx
xx年xx月xx日
目录
• 双馈电机原理介绍 • 双馈电机的组成结构 • 双馈电机的运行特性 • 双馈电机的发展与优化 • 双馈电机在新能源领域的应用 • 双馈电机实验及结果分析
01
双馈电机原理介绍
双馈电机的定义与特点
定义
双馈电机是一种交流电机，其定子和转子都带有三相电源， 通过改变电源的相位和频率来控制电机的转速和转矩。
VS
详细描述
双馈电机在新能源汽车中作为驱动电机使 用，其具有较高的效率和可靠性。同时， 双馈电机的控制系统可以实现车辆的动力 学控制，提高车辆的操控性和舒适性。此 外，双馈电机还可以实现能量的回馈回收 ，提高能源利用效率，从而达到节能减排 的效果。
Hale Waihona Puke 06双馈电机实验及结果分析
实验平台搭建
硬件平台
双馈电机、变频器、电源、负载、测量仪器等设备需准备齐全，并根据实验要求 搭建实验平台。
间逐渐增加。
加减速特性
03
双馈电机在加减速过程中，转速和电流随时间变化，需要控制
加减速过程的速度和加速度。
矢量控制与直接转矩控制
矢量控制
矢量控制是一种通过控制电流的幅值和相位来控制双馈电机的技术，可以实现高 精度的转速控制和转矩控制。
电力系统中的双馈电机调速技术研究
电力系统中的双馈电机调速技术研究随着近年来电力需求的不断增加，电力系统的发展也得到了极大的关注。
其中，电机是电力系统中不可缺少的重要组成部分。
然而，传统的电机调速技术存在一些不足，例如效率低、响应慢等问题。
针对这些问题，出现了一种新型的电机调速技术——双馈电机调速技术。
本文将从双馈电机的定义、原理、应用以及未来发展等多个角度来进行探讨。
一、双馈电机的定义双馈电机，简称DFM，全称为Double Fed Machine，是一种采用异步电机结构的电机，通过双馈变频器的控制可以实现电机的调速。
双馈电机的转子绕组可以分为两部分，一部分固定在转子上，另一部分则通过滑环与转子连接。
其中，固定在转子上的绕组为主馈风绕组，通过电网供电；而与转子相连的滑环绕组则为副馈风绕组，通过双馈变频器供电。
相比于传统的电机，双馈电机可以实现更广泛的转速范围、更高的效率以及更好的响应性能。
二、双馈电机的原理在双馈电机中，电机转子的主馈风绕组与副馈风绕组可以相互独立运行。
主馈风绕组采用传统的饱和型异步电机结构，通过电网供电，产生主旋转磁场。
而副馈风绕组通过双馈变频器的控制，可以在不同转速下为主旋转磁场提供不同的励磁电压。
由于副馈风绕组与电极的联系是通过滑环来实现的，因此可以大幅度提高电机的转速范围，并且使得电机在低频时也可以保持高效率。
同时，在调速方面，双馈电机也具有很高的灵活性。
由于副馈风绕组可以根据需求调整电压大小和相位，因此可以实现宽范围调速，使得电机可以适应不同的负载、不同的转速需求和不同的电网条件。
三、双馈电机的优势与应用相较于传统的电机调速技术，双馈电机有以下几个优势：1、高效率：双馈电机的转子结构采用异步电机结构，相比于同步电机具备更好的动态响应和更低的成本。
同时，副馈风绕组的设置可以大幅度提高电机效率，具备非常低的铜损耗和机械损耗。
2、广泛的转速范围：副馈风绕组的设置可以实现大范围调速。
相比于传统的电机，双馈电机可以适应不同的负载和不同的转速条件，具有更广泛的应用范围。
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一．双馈调速原理
双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1．1附加电势的种类
根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：
可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率S。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压U，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量U，有三种典型方向可以使用
(1)与转子感应电势同相
(2)与转子感应电势反相
(3超前转子感应电势姬，90度
其中，与转子感应电势同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：
(1)异步电动机正常运行时的矢量关系如图1．1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗后有≈-=-s电机定子电流+电机定子、转子的功率因数角分别为α,β。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势。
同相时的矢量关系如图1．1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值保持不变，即满足s U2+ 随着附加电势折算值u；的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升
高。
当附加电势折算值增大到大于系统原有s时，会使系统新的转差率S’变负，即电机转速超过同步转速。
此时的矢量关系如图1-1(d)所示。
(3)附加电势U2与转子感应电势。
反相时的矢量关系如图1—1(c)所示，其分析方法同上。
不同之处在于：附加电势折算值以为负，随着附加电势折算值以的增大，系统新的转差率S’会随之增大，即电机转速降低。
(4)附加电势乩超前转子感应电势90度时的矢量关系如图1-1(e)所示。
出于附加电势折算值与转子感应电势的折算值s垂直，并不影响其垂直分量的大小，因此电机的转速不会发生变化，但转子合成电势s的相位却由于的引入而发生了变化。
由于电机转子的阻抗参数并不因为附加电势的引入而发生变化，所以转子侧功率因数角α不变。
这将导致转子电流的的相位跟随的相位变化而变化，从而间接改善电机定子侧功率因数角
图1-1各种附加电势对系统的影响
二．双馈调速电动机不同工作状态下的能量关系为了能够更清楚的描述异步电动机在双馈状态下运行的特性，有必要对电动机在不同工作状态下的能量关系进行分析。
为了简化分析过程，忽略异步电动机的铁耗、定子铜耗以及各种摩擦损耗，只研究电磁功率.机械功率和转差功率的流动方向，从能量的角度对电机运行过程中功率的传递问题进行分析，以确定其运行状态。
2．1低同步电动状态
在异步电动机的转子上加上一个与转子感应电势的相位相反的电压，在外加电压作用的瞬间，转子合成电势减小，导致电机转子电流减小，电动机的输出转矩减小，电机转速降低。
随着转差率的逐渐增大，转子合成电势逐渐增大，转子电流增加，电动机的输出转矩增加，达到新的平衡点，此时5∈(0，1)。
在忽略各种损耗的情况下，电磁功率功率流动方向从定子电源到电机；机械功率>0功率流动方向从电动机到负载机械；转差功率功率流动方向从电机到外加电源。
利用低同步电动状态的特性可以将转差功率回送电网，提高整个系统的效科”。
2．2超同步电动状态
在异步电动机的转子上加上一个与转子感应电势的相位相同的电压U2。
外加电压U2作用的瞬问，使转子合成电势增大，导致电机转速升高。
若U2增大到足以抵消电机原有感应电势，则电机转速会超过同步转速，转差率S<0。
此时
电磁功率功率流动方向从定子电源划电机；机械功率>0功率流动方向从电机到负载机械；转差功率功率流动方向从外加电源到电机。
三．系统方案
较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源，这就形成了功率变换单元CU2。
按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速下作电动状态运行的双馈调速系统如图所示，习惯上称之为电气串级调速系统（或称Scherbius系统）。
3.1 系统组成
UR —三相不可控整流装置，将异步电机转子相电动势sEr0 整流为直流电压Ud 。
UI —三相可控整流装置，工作在有源逆变状态：可提供可调的直流电压Ui ，作为电机调速所需的附加直流电动势；可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电网。
3.2绕线转子异步电动机双馈调速系统的仿真
绕线转子异步电动机在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。
在电动机运转时，转差功率大部分被串入的附加电势所吸收，利用产生附加电势的装置，把所吸收的这部分转差功率回馈给
电网，这样就使电动机在调速时有较高的效率，这种在绕线型异步电动机转子回路中串入附加电势的高效率的调速方法称为串级调速。
1．主电路仿真模型的建立与参数设置
主电路由三相电源、绕线转子异步电动机、桥式整流电路、电感、逆变器及逆变变压器组成。
异步电动机模块取Asynchronous Machine，参数设置：绕线转子异步电动机，线电压为380V，频率为50Hz,其他参数为默认值。
整流桥模块取Universal Bridge，参数设置为：电力电子器件为Diodes,其他参数为默认值。
逆变桥Universal Bridge参数设置：电力电子器件为Thyristors，其他参数亦为默认值。
平波电抗器取模块Series RLC Branch（路径为SimPowerSystems/Elements/Series RLC Branch），参数设置：电阻（Resistance）为0，电感（Inductance）为1e-3，电容（Capacitance）为inf。
2.控制电路仿真模型的建立与参数设置控制电路由给定信号（Constant模块）、PI调节器（Discrete PI Controller 模块）、比较信号（Sum模块）、同步6脉冲发生装置（3个Voltage Measurement模块、一个Synchronized 6-Pulse Generator模块封装而成，同直流调速系统仿真中同步6脉冲发生装置完全相同）、转速反馈信号（Gain模块）和电流反馈信号（Gain模块）等组成
3.给定信号参数设置为10。
转速调节器参数设置：
K p=0.1,ki=1, 上下限幅[10 －10]。
电流调节器参数设置：K p=0.1,ki=1, 上下限幅[10 －10]。
电流反馈系数为0.1，转速反馈系数为0.01。
从仿真结果看，在异步电动机转速上升阶段，定子电流波动比较大，当转速稳定下来后，定子电流也随之稳定。