从磁动势视角透析双馈发电机的能量传递

王晓东



从磁动势视角透析双馈发电机的能量传递

王晓东

（新疆维吾尔自治区水利厅，乌鲁木齐 830013）

双馈发电机以其励磁绕组采用空间三相对称绕组的结构特点，励磁电流采用幅值、频率、相位均可变化的交流电流调节方式，使之具有不仅能够充分利用转子动能，而且能够相对独立地调节有功、无功，并且还能大大减少对电网扰动的独特优势，因而得到日益广泛地应用。本文从双馈发电机等值电路和相量图入手，通过旋转磁动势并遵循能量守恒原理对双馈发电机能量传递进行分析探讨。

双馈发电机 相量图 旋转磁动势 能量守恒 能量传递

0 引言

双馈发电机本体结构与绕线式异步发电机相同，转子三相绕组与定子绕组类似对称分布排列，转子励磁绕组采用对称交流电励磁且励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可调节，故而与转子励磁绕组集中排列，直流励磁且仅能调节励磁电压幅值的同步发电机比较，在进行有功、无功调节时，运行性能更加优越，而且随着交流技术的日臻成熟，势必得到更为广泛地应用。

1 控制方式

双馈发电机通常采用频率自控式控制方式，如图1所示。

2 传统绕线式异步发电机

2.1 等值电路

若电机定子与转子的电压、电流分别按发电机和电动机惯例假定，则其等值电路如图2所示。

2.2 基本方程式

根据等值电路图，可得绕线式异步发电机基本方程式：

2.3 磁动势平衡方程式

其中：为磁极对数;1为定子每相绕组串联总匝数;N为转子每相绕组串联总匝数;K为定子绕组系数;K为转子绕组系数。

式中：

2.4 电动势平衡方程式

2.5 相量图

根据绕线式异步发电机基本方程式、磁动势平衡方程式、电动势平衡方程式且忽略磁滞涡流损耗，可得相量图如图3所示。

2.6 空间向量等效磁极示意图

3 双馈发电机

3.1 等效电路

若转子励磁绕组加入交流励磁电流且电机定子与转子的电压、电流依旧分别按发电机和电动机惯例假定，则其等值电路如图5所示。

3.2 基本方程式

1）超同步工况（S＜0）和亚同步工况(S＞0)基本方程

从等值电路图，可得出基本方程式:

2）同步工况（=0）基本方程

3.3 磁动势平衡方程和电动势平衡方程

磁动势和电动势平衡方程相同前传统绕线式异步发电机。

3.4 相量图

从双馈发电机基本方程、磁动势平衡方程、电动势平衡方程，并按发电机、电动机惯例分别假设定子与转子电压、电流正方向，可得双馈发电机三种运行工况下的相量图分别为图6(a)、图6(b)和图6(c)。

从图6知：

类比传统绕线式三相异步发电机空间相量分析，可分别得出双馈风力发电机超同步、同步、亚同步三种运行工况下的空间向量示意图7（a）、图7(b)以及图7(c)。

由图7并根据能量守恒可知：

4 结束语

本文从与双馈发电机类似传统绕线式异步发电机机入手，通过对双馈发电机等值电路、基本方程、磁动势方程、电压相量图、空间向量磁动势的等效磁极图，逐层分解、剖析并运用能量守恒原理，试图从磁势独特的视角透析双馈发电机的能量传递的本源。

[1] 胡虔生. 电机学[M]. 北京：中国电力出版社, 2005.

[2] 杨顺昌. 异步化同步发电机[M]. 北京：科学出版社, 2005.

Energy Transfer Analysis of DFIG From the Viewpoint ofMagnetomotive Force

Wang Xiaodong

（Xinjiang Water Resource Department, Wulumuqi 830013 , China）

TM37

A

1003-4862（2014）10-0070-04

2014-07-15

王晓东(1960-)，男，硕士，高级工程师。研究方向：电力系统自动化和电气控制技术应用。