王曉東

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從磁動(dòng)勢視角透析雙饋發(fā)電機(jī)的能量傳遞

王曉東

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳，烏魯木齊 830013）

雙饋發(fā)電機(jī)以其勵(lì)磁繞組采用空間三相對稱繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，勵(lì)磁電流采用幅值、頻率、相位均可變化的交流電流調(diào)節(jié)方式，使之具有不僅能夠充分利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能，而且能夠相對獨(dú)立地調(diào)節(jié)有功、無功，并且還能大大減少對電網(wǎng)擾動(dòng)的獨(dú)特優(yōu)勢，因而得到日益廣泛地應(yīng)用。本文從雙饋發(fā)電機(jī)等值電路和相量圖入手，通過旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢并遵循能量守恒原理對雙饋發(fā)電機(jī)能量傳遞進(jìn)行分析探討。

雙饋發(fā)電機(jī) 相量圖 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢 能量守恒 能量傳遞

0 引言

雙饋發(fā)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)與繞線式異步發(fā)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子三相繞組與定子繞組類似對稱分布排列，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組采用對稱交流電勵(lì)磁且勵(lì)磁電壓的幅值、頻率、相位、相序均可調(diào)節(jié)，故而與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組集中排列，直流勵(lì)磁且僅能調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓幅值的同步發(fā)電機(jī)比較，在進(jìn)行有功、無功調(diào)節(jié)時(shí)，運(yùn)行性能更加優(yōu)越，而且隨著交流技術(shù)的日臻成熟，勢必得到更為廣泛地應(yīng)用。

1 控制方式

雙饋發(fā)電機(jī)通常采用頻率自控式控制方式，如圖1所示。

2 傳統(tǒng)繞線式異步發(fā)電機(jī)

2.1 等值電路

若電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的電壓、電流分別按發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)慣例假定，則其等值電路如圖2所示。

2.2 基本方程式

根據(jù)等值電路圖，可得繞線式異步發(fā)電機(jī)基本方程式：

2.3 磁動(dòng)勢平衡方程式

其中：為磁極對數(shù);1為定子每相繞組串聯(lián)總匝數(shù);N為轉(zhuǎn)子每相繞組串聯(lián)總匝數(shù);K為定子繞組系數(shù);K為轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)。

式中：

2.4 電動(dòng)勢平衡方程式

2.5 相量圖

根據(jù)繞線式異步發(fā)電機(jī)基本方程式、磁動(dòng)勢平衡方程式、電動(dòng)勢平衡方程式且忽略磁滯渦流損耗，可得相量圖如圖3所示。

2.6 空間向量等效磁極示意圖

3 雙饋發(fā)電機(jī)

3.1 等效電路

若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組加入交流勵(lì)磁電流且電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的電壓、電流依舊分別按發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)慣例假定，則其等值電路如圖5所示。

3.2 基本方程式

1）超同步工況（S＜0）和亞同步工況(S＞0)基本方程

從等值電路圖，可得出基本方程式:

2）同步工況（=0）基本方程

3.3 磁動(dòng)勢平衡方程和電動(dòng)勢平衡方程

磁動(dòng)勢和電動(dòng)勢平衡方程相同前傳統(tǒng)繞線式異步發(fā)電機(jī)。

3.4 相量圖

從雙饋發(fā)電機(jī)基本方程、磁動(dòng)勢平衡方程、電動(dòng)勢平衡方程，并按發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)慣例分別假設(shè)定子與轉(zhuǎn)子電壓、電流正方向，可得雙饋發(fā)電機(jī)三種運(yùn)行工況下的相量圖分別為圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)。

從圖6知：

類比傳統(tǒng)繞線式三相異步發(fā)電機(jī)空間相量分析，可分別得出雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)超同步、同步、亞同步三種運(yùn)行工況下的空間向量示意圖7（a）、圖7(b)以及圖7(c)。

由圖7并根據(jù)能量守恒可知：

4 結(jié)束語

本文從與雙饋發(fā)電機(jī)類似傳統(tǒng)繞線式異步發(fā)電機(jī)機(jī)入手，通過對雙饋發(fā)電機(jī)等值電路、基本方程、磁動(dòng)勢方程、電壓相量圖、空間向量磁動(dòng)勢的等效磁極圖，逐層分解、剖析并運(yùn)用能量守恒原理，試圖從磁勢獨(dú)特的視角透析雙饋發(fā)電機(jī)的能量傳遞的本源。

[1] 胡虔生. 電機(jī)學(xué)[M]. 北京：中國電力出版社, 2005.

[2] 楊順昌. 異步化同步發(fā)電機(jī)[M]. 北京：科學(xué)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

王曉東(1960-)，男，碩士，高級工程師。研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化和電氣控制技術(shù)應(yīng)用。