双馈风力发电机工作原理.docx

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第七幸双馈风力发电机工作原理完整

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離绕组,可以象同步电机一样施加励離,调整功率因数,所以又称为沟通励嫌电机,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展调整。沟通励磁电机的可调量有三个:一是可调整的励嫌电流幅值;二是可转变励磁频率;三是可转变相位。这说明沟通励礦电机比同步电机多了两个可调量。

通过转变励磁频率,可转变发电机的转速,到达调速的目的。这样,在负荷究变时,可通过快速掌握励嫌频率来转变电机转速,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。

转变转子励磁的相位吋,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,这就转变了发电机电势与电网电压相量的相对位移,也就转变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进展调整。所以沟通励嫌不仅可调整无功功率,还可以调整有功功率。

沟通励磁电机之所以有这么多优点,是由于它承受的是可变的沟通励磁电流。但是,实现可变沟通励磁电流的掌握是比较困难的,本章的主要内容表达一种总于定子磁链定向的矢量掌握策略,该掌握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掌握,当前的主流双馈风力发电机组均是承受此种掌握策略。

一、双馈电机的根本工作原理

设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组,电机的极对数为“,依据旋转礁场理论,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黴场,这个旋转離场的转速①称为同步转速,它与电网频率

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及电机的极对数〃的关系如下:

(3-1)

P

同样在转子三相对称绕组上通入频率为人的三相对称电流,所产生璇转嫌场相对于转子本身的旋转速度为:

(3-2)

由式3?2可知,转变频率九,即可转变心,而且假设转变通入转子三相电流的相序,还可以转变此转子旋转礁场的转向。因此,假设设坷为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步

转速,而“为电机转子本身的旋转速度,则只要维持n±n

2

=n,=常数,见式3-3,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办不变。

2±n=/;!=常数 〔3-3〕

2

双馈电机的转差率S=3二上,则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应

(3-4)

公式3?4说明,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J\S〕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。所以依据上述原理,只要掌握好转子电流的频率就可以实现变速恒频发电了。

依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:

亚同步运行状态:在此种状态下n ,由转差频率为N的电流产生的旋转礁场转速“2与转子的转速方向一样,因此有“+“2=4。

超同步运行状态:在此种状态下nn,,转变通入转子绕组的频率为人的电流相序,则其

所产生的旋转Z兹场的转速心与转子的转速方向相反,因此有

2同步运行状态:在此种状态下舁=山,转差频率f=0,这说明此吋通入转子绕组的电

2

流频率为0,也即直流电流,与一般的同步电机一样。

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下而从等效电路的角度分析双馈电机的特性。首先,作如下假定:

只考虑定转子的基波重量,无视谐波重量

只考虑定转子空间礁势基波重量

无视礁滞、涡流、铁耗

变频电源可为转子供给能满足幅值、频率、功率因数要求的电源,不计其阻抗和损耗。

发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例,转子侧电压电流的正方向按电动机惯例,电磁转矩与转向相反为正,转差率S按转子转速小于同步转速为正,参

照异步电机的分析方法,可得双馈发电机的等效电路,如图3?1所示:

图(3-1)双馈发电机的等值电路图

依据等效电路图,可得双馈发电机的根本方程式:

乩_耳+耳住+JX;

S S (3-5)

E=F2=-/?,(jxw)

????

式中:

、X|分别为定子侧的电阻和漏抗

R;、X?分别为转子折算到定子侧的电阻和漏抗

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X,”为激磁电抗

4、E、人分别为定子侧电压、感应电势和电流

E八/;分别为转子侧感应电势,转子电流经过频率和绕组折算后折算

■■

到定子侧的值。

久转子励该电压经过绕组折算E的值,乙/S为再经过频率

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