双馈异步发电机的工作原理及电磁设计

理论与设计

双馈异步发电机的工作原理及电磁设计高亚州 史荫生白惠珍1河北工业大学 ( 3 0 0 1 3 0)

2天津赛瑞机器设备有限公司 ( 3 0 0 3 0 1 )Th e Pr i ne i n p l e a nd El e c t r o ma g n e t i c De s i g n o f Do u b l y - f e d I nd u e t i o n Ge n e r a t o rGao Y a z h ou S hi Y i ns he n g Ba i Hui z he n

He b e i Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y

T i a n j i n S E R I Ma c h i n e r y E q u i p me n t C o r p o r a t i o n L i mi t e d

摘

要：双馈异步发电机是结合了异步发电机和同

进行分析，并对其电磁设计进行探讨。

步发电机优点的一种发电机。它在风力、水力等发电领域有广泛的应用前景。该文分析了双馈异步电机基本工作原理，给出了其电磁设计的特点，包括确定电机的计算功

1基本工作原理1 . 1电气特点

率及主要尺寸 '电机的电磁负荷及转子励磁电压等。关键词：双馈异步发电机电磁设计Ab s t r a c t: Do u b l y - f e d i n d u c t i o n g e n e r a t o r ( D F I G) i sa k i n d o f n e w g e n e r a t o r wh i c h c o mb i n e s t h e a d v a n t a g e s o f b o t h i n d u c t i o n g e n e r a t o r s a n d s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r s . I t h a s a wi d e r a n g e o f a p p l i c a t i o n s i n t h e ie f l d o f r e n e wa b l ee n e r g y p o we r g e n e r a t i o n s u c h a s wi n d p o we r g e n e r a t i o n

DF I G也称异步同步化机，其定子与普通同

步电机没有区别，但其转子具有两相或两相以上可控励磁绕组， DF I G电气结构如图 l。

nd a h y d r o e l e c t r i c p o we r

g e n e r a t i o n . On he t b a s i s o f d e t a i l e d na a l￣ r s i s o f t h e b a s i c wo r k i n g p r i n c i p l e o f DF I G, hi t s p a p e r p u t f o r wa r d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f i t s e l e c t r o ma g ne t i c d e s i g n s,i n c l u d i n g h o w t o d e t e r mi n e he t c a l c u l a t e d p o we rnd a ma i n d i me n s i o n s o f a g e n e r a t o r, c h o o s e he t g e n e r a t o r’ S耿磺异 甩口L

图 1双馈异步发电机的电气结构图

e l e c t r o ma g ne t i c l o a d a nd d e f i n e t h e r o t o r’ S e x c i t a t i o nv o l t a g e .

由图l可知， D F I G的定子与电网直接相连， 而转子通过变频电源与电网相连。通过变频电源可对转子励磁进行调节，调节励磁电流幅值、改变励磁频率和改变相位。通过改变励磁频率，可

Ke y w o r d s: Do u b l y - f e d i n d u c t i o n g e n e r a t o r ( DF I G )E l e c ro t ma g n e t i c d e s i g n

双馈异步发电机 ( DF I G )具有良好的调速性

改变电机的转速；改变转子励磁电流的相位，导致发电机电势与电网电压相对位置改变 (相当于改变了电机的功率角)。1 . 2工作原理

能、有功和无功功率独立可调、可提高系统的稳定性、所需励磁容量相对较小等优点【 。目前，它已广泛应用于风力发电，由于具有优于同步发电

机的性能，它的大量应用对提高电力系统的安全与稳定有重大意义。本文利用电机学理论，对DF I G的工作原理

根据旋转电机能量转换原理，电机稳态运行

的条件是：转子角速度为任意值时，由定子电流和转子电流产生的旋转磁势之间没有相对位移【 3 1。《电挑技求》2 0 0 9年第 6期 1

理论与设计∞l=∞ r±( 0 2 ( 1 )

式中：,

m、, 2一分别为激磁电流和转子电流的归算值；z、 X ' 2 c,一

式中： 1—定子磁通量对定子的角速度； ∞ 一转子的电角速度；

分别为转子电阻和漏抗的归算

∞ 2一转子磁通量对转子的角速度。取“一”号时，电机处于亚同步状态；取“+,’ 时，电机处于超同步状态；当∞ : 时，电机处于同步状态。60,’

值；一

激磁电抗。

由式 ( 5 )得出定、转子电流：

O l ( z( 2 )=.

r t 9

)。

,,,

由 =—P

I 1=——————————

2兀厂

( 3 )

( k 2 x l+ k ￣ )+ j O q o+ k 1 x ' 2￣ - r l )一

( 6 )

,

、

式( 1 )可写为：

亩 D + f 2式中： —一定子电流频率；一

( 4 )

)sm

.

,2

电机转速；

r t蕊o l+ Xl= =

r t( 8 )

p一电机极对数；一

式中：Xl r=

l+ X' 2 a,

转子电流频率。

‰

‰

当电机转速变化时，需调节，可使^保持恒定，实现电机的变速叵频控制[ 4】 c当发电机处亚同步状态时，变频电源向转子励磁，定子向电网提供 电能；当电机处于超同步状态时，定、转子同时向可以看出，定子和转子电流均由两部分组成：其中^( 1 )和， 2 ( 1 )分别为定子边加有电压 h

转子短路时的定、转子电流； I 1 ( 2 )和 2 ( 2 )是转

电网提供电能；当电机处于同步状态时，变频电源向转子提供直流励磁，定子向电网提供电能。 1 . 3等效电路与定，转子电流

子边加有电压、定子短路时的定、转子的电流[ 5 1。

其中：l ( 2 r ' 2 ) .

如上所述， DF I G的特点是转子中除有感应

”

rt

rt

电流外，还有从电网馈入低频电流，即转子侧也是有源的，因而可得出DF I G的等效电路 (如图2 ).

( 2 1 1 ) ( l。 l 2 l )U 2

U1

z。

,

图2双馈异步发电机的等效电路

( k 2 r l船。 ) (

,。 r F)

根据图2列出电机的电压和磁动势方程：

l= l - ( l 1 ) 1 1.

)S

,2 ( 2广—

+ (≥I t 2=l + 1 1

( k 2 r l+ k l _。= ) ( l + k l x 2 - r l )( 5 )‘ ‰

通过以上分析可知： D F I G的定子电流^不仅

EfE 2= j X m/ m

与定子端 o a￣, O l和转子转差率s有关，而且与转

2 2 0 0 9年第 6期《电机技 7 I c》

锄

2 . 3电磁负荷的选择

理论与设计

子端电压也密切相关。通过调节的幅值、相

位和频率，就可改变定子电流 l的大小，实现电机有功和无功功率的独立调节。、

应从电机综合技术经济指标来选取合适的 6值。由于D F I G应用在通风条件较好的情况下，可比同容量的异步电机或同步电机的电磁负

2 电磁设计2 . 1主要尺寸的确定

荷值较大些。 2 . 4转子励磁电压的计算 D F I G的转子励磁电压可通过两种方法求

DF I G的极对数可参照同容量异步电机的选择标准，常采用4极或6极，从减小励磁容量，降低电机制造成本和工艺难度方面而言，采用4极更合适。 电机主要尺寸的基本关系为：D2 1。 f n 6 1

得。一种是通过电机的等效电路和基本方程得到，另一种是通过转子堵转的开路电压和转差率得到。本文采用后一种方法，由式：2=(, . 2+ j s x 2 a ) 1 2 2 ( 1 3 )

考虑到转子侧电阻和漏抗值很小，可忽略其( 1 0 ) 电压降，则： U 2= s E …… 此处隐藏：4857字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……