双馈异步发电原理的P理论研究

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1、双馈异步发电原理的P理论研究双馈异步发电原理的研究绪言——问题的提出双馈显步发电是冃前风力发电的主导，深刻揭示双馈以及界步电机的发电原理，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，即当s>0或时，异步电机为电动状态；当s<0或n>nl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,也有s>O,n

2、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速度；而分母nl可以理解为nl-O,即n=0转子静止，于是nl-O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吋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川，而没有外部附加电势的参与，转差率即可全而反映电机运行状态，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，而是二者的综介作用

3、，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。那么异步机的发电原理究竟何在？木文将结合作者的《发电机的普适原理》论文加以分析，从而得出和关的结论，希望冇助于双馈等风力发电技术的发展。1.界步发电机的功率转换与附加功率作为发电机的一种，升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PMpPemPMPem（1）（2）式中，PM——发电机的轴机械功率；Pem电磁功率；P——发电机的输入损耗功率。转矩平衡原理主要是机械转矩TM的作用-与电磁转矩T的反作用，如以转速方向为参考止方向

4、，则电磁转矩为负，即T011电机稳定运行时，机械转矩与电磁转矩平衡，冇TMT（3）杲步发电机的功率转换原理对普遍地表达为图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，转了的电磁功率表达为Pemm2E2I2cos2(4)其中，E2——转子开路静止的感应电势，简称开路电势；m2转子和数；12——转子电流；2——转子功率因数。cos而从机械角度观察，按照电机学，具电磁功率表达为PernT1(5)即电磁转矩与同步角转速1的乘积。需要指岀，式(5)只有在

5、转子无源(没有附加电源)的条件下方才成立，而在转子河源情况下则不成立，有关论述见后。异步发电机稳定运行时，其输入机械功率为PMT(5)为电机的角转速，如果在亚同步时，<1,将有PM1,PM>Pem,虽然电机可以发电运行，但如果过大于1,PM也将过大于Peru,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。2)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P2>PemP2Z中既包含机械功率PM所转化的电功率，也

6、可以有附加电源交换的的电功率PK,这样，升步机发电的工作范围便可得到扩展。鉴于亚同步时PM>Pem,为了使转子电功率人于电磁功率，转子除了有机械功率PM输入之外，还从附加电源输入PK的电功率，此时，转子的合功率P2表达为P2PMPK(7)转子扣除的总损耗P2,将其余的大部分功率转化为电磁功率Pem,转子的电磁功率为PemP2p2(PMPK)p2(8)这样，尽管PMPem,但转子的合功率却满足PMPKPem(9)异步机便可在亚同步时发电运行o如果在n>nl的超同步状态下，将有PM>Pem,既使转子没有附加电势也能发电运行。但是为了

7、解决过载问题，此时应使转子向附加电源馈出一泄的电功率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牛:的过载。采用馈出PK的转子合功率为P2PMPK(10)转子的电磁功率则为Pem(PMPK)p(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PemP2p(PMPK)p(12)其中：+PK表示转子从附加电源吸收的电功率，对应于亚同步发电；-PK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PMPKP

8、em(13)从而不必单纯的PMPem,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，乂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PK0,式