双馈异步发电原理的研究

《双馈异步发电原理的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、双馈异步发电原理的研究绪言——问题的提出双馈异步发电是目前风力发电的主导，深刻揭示双馈以及异步电机的发电原理，对于其技术进步和发展具有重要的意义。异步机发电的理论主要依据传统电机学的转差率说，即l当s>0或nn1时，异步电机为发电状态。然而，该结论与双馈电动和发电的实际并不完全相符，例如，双馈调速就有s<0，的超同步电动运行，也有s＞0,n＜n1的亚同步发电运行。问题究竟何在？首先应该准确理解异步电机的转差率s。在电机学中，转差率定义为其中的n1-n实际是转子和旋转磁场的相对运动速度，也是转子旋转时切割磁力线的

2、速度；而分母n1可以理解为n1-0，即n=0转子静止，于是n1-0表示转子静止时的切割磁力线的速度。由此可见，s所反映的是电机旋转与电机静止时的切割磁力线速度比，鉴于电磁感应的参数都和切割磁力线速度密切相关，所以转差率能够反映的是异步机的电磁感应情况。显然，如果异步机转子只有电磁感应的作用，而没有外部附加电势的参与，转差率即可全面反映电机运行状态，传统的结论是正确的。但是，当转子有外部附加电势的参与和作用时，异步机的运行状态就不能完全取决于电磁感应，而是二者的综合作用，于是，转差率便不能全面反映电机的运行状态，因此不能转差率来判断异步机的运行。那么异步机的

3、发电原理究竟何在？本文将结合作者的《发电机的普适原理》论文加以分析，从而得出相关的结论，希望有助于双馈等风力发电技术的发展。1.异步发电机的功率转换与附加功率作为发电机的一种，异步发电机必然遵守普遍的能量转换和转矩平衡原理,其中，能量转换原理表现为（1）（2）式中，——发电机的轴机械功率；——电磁功率；——发电机的输入损耗功率。转矩平衡原理主要是机械转矩的作用与电磁转矩的反作用，如以转速方向为参考正方向，则电磁转矩为负，即且电机稳定运行时，机械转矩与电磁转矩平衡，有（3）异步发电机的功率转换原理可普遍地表达为图1，其转子为绕线型，笼型转子封闭短路，可以视为

4、是绕线转子的特例。1)电磁功率异步机的电磁功率是耦合磁场的媒介功率，从电的角度观察，转子的电磁功率表达为（4）其中，——转子开路静止的感应电势，简称开路电势；——转子相数；——转子电流；——转子功率因数。而从机械角度观察，按照电机学，其电磁功率表达为（5）即电磁转矩与同步角转速的乘积。需要指出，式（5）只有在转子无源（没有附加电源）的条件下方才成立，而在转子有源情况下则不成立，有关论述见后。异步发电机稳定运行时，其输入机械功率为（5）为电机的角转速，如果在亚同步时，＜，将有＜，异步机非但不能发电，反而处于电动状态。另外，如果在超同步时，＞，＞，虽然电机可以

5、发电运行，但如果过大于，也将过大于，这将导致发电机严重过载。如何解决以上的问题？方法是借助附加电势。1)附加功率首先说明，异步发电机的功率条件应广义地表达为转子电功率大于电磁功率，即＞之中既包含机械功率所转化的电功率，也可以有附加电源交换的的电功率，这样，异步机发电的工作范围便可得到扩展。鉴于亚同步时＞，为了使转子电功率大于电磁功率，转子除了有机械功率输入之外，还从附加电源输入的电功率，此时，转子的合功率P2表达为（7）转子扣除的总损耗，将其余的大部分功率转化为电磁功率，转子的电磁功率为（8）这样，尽管，但转子的合功率却满足（9）异步机便可在亚同步时发电运

6、行。如果在n＞n1的超同步状态下，将有＞，既使转子没有附加电势也能发电运行。但是为了解决过载问题，此时应使转子向附加电源馈出一定的电功率PK，分析表明，如果机械原动机具有较软的机械特性，这样同时可以降低原动机的转速和功率，于是避免了超同步可能产生的过载。采用馈出PK的转子合功率为（10）转子的电磁功率则为（11）综合式（8）（11），采用附加电势控制的异步发电机，转子的功率方程可表达为（12）其中：+表示转子从附加电源吸收的电功率，对应于亚同步发电；-表示转子向附加电源供出的电功率，对应于超同步发电。附加电势控制的异步机发电功率条件为（13）从而不必单纯的

7、，异步机便可实现亚同步和超同步的发电运行。上述具有附加电源的异步发电机，转子既有和定子电磁感应的发电，又有和附加电源电传导的功率交换，故称为异步机双馈发电，或简称双馈发电。对于笼型异步电机，由于转子自身短路而封闭，故，式（11）、（12）可表达为（14）及（15）可见，式（14）（15）是式（11）（12）的特例，笼型异步机只有机械功率大于电磁功率时方能发电运行，这要求n＞n1，s＜0，只有超同步时方可实现。另外，由于转子只有通过定子的电磁感应发电，故可称为异步机单馈发电。1)定子的发电功率转子将其电磁功率等量地传输给定子（注意，转子——定子的电磁功率传输

8、不存在损耗问题，功率损耗已经在转子和定子侧计及），如果忽略定子的激