简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向
(完整word版)双馈异步发电机及其工作原理
双馈异步发电机双馈异步发电机是一种绕线式感应发电机，按转子类型分为有刷和无刷两种，无刷发电机即为鼠笼型发电机，由于鼠笼型风力发电机励磁控制困难，无法最大限度的利用风能,所以目前很少应用;有刷发电机即为双馈异步发电机，具备易于控制转矩和速度、能工作在恒频变速状态、电机可以超同步和超容量运行、驱动变流器的总额定功率可以降低到电机容量的1/4等方面的优点，是本文介绍的重点。
双馈异步发电机变速恒频风力发电机的核心部件。
此类发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。
电机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。
由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了"柔性连接",即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流,精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。
异步电动机运行时,电磁转矩和转向相同,即转差率>0；异步发电机运行时，电磁转矩和转速方向相反，转差率〈0，发电机的功率随该负转差率绝对值的增大而提高。
当双馈发电机的转子绕组通过三相低频电流时,在转子中会形成一个低速旋转磁场,这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加,使其等于定子的同步转速,从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。
当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。
双馈发电机通过控制转子励磁,使定子的输出频率保持在工频。
当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁,给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应电动势反方向，转差率减小,定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理一、引言近年来，随着环保意识的提高和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和推广。
而风力发电机组作为风力发电系统的核心部件，其稳定性和效率对整个系统的运行影响重大。
双馈异步风力发电机机组变流器作为风力发电机组的关键部件之一，其基本运行原理对整个系统的性能具有重要影响，因此有必要对其进行全面了解和分析。
二、双馈异步风力发电机机组概述双馈异步风力发电机机组是一种常见的风力发电机组类型，其主要由风轮、叶片、主轴、发电机、变流器等组成。
风轮转动驱动主轴旋转，主轴通过传动系统带动发电机工作，发电机将机械能转化为电能输出给电网。
其中变流器起着将发电机输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电再转换为交流电，并使得风力发电机组能够与电网实现同步运行的重要作用。
三、双馈异步风力发电机机组变流器基本结构双馈异步风力发电机机组变流器主要由变流器电路、控制系统和通信系统等组成。
其中变流器电路包括整流部分和逆变部分，控制系统负责对变流器进行控制和监测，通信系统用于与上层监控系统进行数据交互。
双馈异步风力发电机机组变流器通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等功率器件，以实现对电流和电压的精确控制。
四、双馈异步风力发电机机组变流器工作原理1.变流器整流部分：发电机输出的交流电首先被变流器整流部分进行整流，将交流电转换为直流电。
这个过程包括整流桥、滤波电路等部分，其主要目的是将交流电转换为基本平稳的直流电，以便后续逆变器的工作。
2.变流器逆变部分：经过整流的直流电被逆变器逆变部分转换为交流电，通过逆变器的PWM控制，将直流电转化为符合电网要求的交流电，并具有同步电网的频率和相位。
逆变部分通过对功率器件的开关控制，将直流电转换为交流电输出到电网。
3.控制系统：变流器的控制系统通过对PWM控制信号的生成和对功率器件的开关控制，实现对变流器的电流和电压的精确控制，使得风力发电机组与电网实现有效的功率传递和稳定的运行。
双馈发电机的原理
双馈发电机的原理双馈发电机是一种独特的电动机，在发电和驱动领域得到广泛应用。
它采用了双馈结构，即同时给定定子绕组和转子绕组电源，具有高效率和较好的性能。
本文将详细介绍双馈发电机的原理及其工作过程。
一、双馈发电机的结构双馈发电机由定子绕组、转子绕组和磁路组成。
定子绕组是通过固定在定子上的线圈形成的，而转子绕组是固定在转子上的线圈。
通过将定子和转子绕组分别接入电源，实现对发电机的控制。
二、双馈发电机的原理双馈发电机的原理是基于磁场的相互作用和电流的感应。
当定子绕组通电时，产生的磁场将影响转子绕组中的电流。
反过来，转子绕组中的电流也会产生磁场，进一步影响定子绕组中的电流。
通过这种相互作用，能够实现能量的转换和传输。
三、双馈发电机的工作过程在正常工作状态下，双馈发电机的定子和转子绕组均接通电源。
定子绕组产生旋转磁场，通过与转子绕组的电流相互作用，产生驱动力矩。
转子绕组中的电流会产生磁场，与定子绕组的磁场相互作用，进一步提高发电机的效率和性能。
四、双馈发电机的优势相比传统的发电机，双馈发电机具有以下优势：1. 高效率：双馈发电机能够通过转子绕组中的电流来调节和控制磁场，从而提高发电机的效率。
2. 较好的性能：双馈发电机在低速启动和高速运行时具有较好的性能，能够适应各种工况要求。
3. 灵活性：双馈发电机的结构和控制方式可以根据实际需求进行调整，具有较强的灵活性和适应性。
五、双馈发电机的应用领域双馈发电机广泛应用于风力发电、水力发电和轨道交通等领域。
在风力发电中，双馈发电机能够充分利用风能，并通过优化的控制系统实现最大的发电效率。
在水力发电中，双馈发电机具有低噪音、高效率和可靠性等优点。
在轨道交通中，双馈发电机能够实现高速度和高扭矩的需求。
六、总结双馈发电机作为一种独特的电动机，通过双馈结构实现了高效率和较好的性能。
它的工作原理是基于磁场的相互作用和电流的感应。
双馈发电机的优势包括高效率、较好的性能和灵活性，广泛应用于风力发电、水力发电和轨道交通等领域。
双馈异步发电机原理最好的讲解
双馈异步发电机工作原理一、先知道什么是双馈风力发电机双馈发电的意思就是指感应电机的定子、转子同时能发出电能，双馈发电机其转子和定子都最终连于电网，转子与定子都参与励磁，其定子和转子都可以与电网有能量的交换。
二、双馈异步发电机的原理是通过叶轮将风能转变为机械转矩，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，已达到最大利用风能效果。
三、特点1、由于定子直接与电网连接，转子采用变频供电，因此，系统中的变频器容量仅仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机最大转差功率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机容量的1/4-1/3，这样系统的总体配置费用就比较低。
2、具有变速恒频的特性。
3、可以实现有功功率和无功功率的调节。
四、如何实现变速恒频。
设双馈发电机的定子转子绕组为对称绕组，电机的极对数为P，根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1为同步转速，它与电网频率f1及电机的极对数p的关系如下：n1=60f1/p ,同样在转子三相通入频率为f2的三相对称电流，所产生的旋转磁场速度为n2=60f2/p,改变f2即可改变n2，而且若改变通入转子三相电流相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向，因此若设n1为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步转速，而n为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n±n2=n1=常数，则双馈电机定子绕组的感应电势如同在同步发电机一样，其频率将始终维持为f1不变。
双馈发电机的转差率s=(n1-n)/n1 ,则双馈发电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60=p(n1-n)/60=p(n1-n)/n1*n1=pn1/60*(n1-n)/n1=f1*s上式表明：在异步发电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率为f1*s的电流，则在双馈发电机定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势，所以根据上述原理，只要控制好转子电流的频率，就可以实现变速恒频发电了。
什么是“双馈”？双馈异步发电机的原理和条件是什么？
什么是“双馈”？双馈异步发电机的原理和条件是什么？“双馈”是异步电机的一种运行方式，也是一个专用术语。
其中的“馈”字，英语为“Fed ”，在这里，汉语应该理解为电能“交换”，故双馈即是双端馈电。
注意，“Fed ”并不确指电能的交换方向（输出还是输入），所以，双馈既有双馈发电机，亦有双馈电动机。
对于绕线转子的异步电机，除了定子必然和电源相联之外，转子也可以和电源相联，于是，当电机作为发电机时，称之为双馈异步发电机；反之作为电动机时，则称为双馈电动机，而只有一端和电源相联的普通电机则属于“单馈”。
还要指出，双馈发电或双馈电动均属于和外部电源的电能交换，因此，双馈（Double Fed ）以及串级（Cascade Control ）都应归属于外馈（）。
双馈异步发电机的基本原理和普遍的异步发电机原理是一致的，所不同的是，双馈发电机的转子不是单纯地输入机械功率M P ，还有和附加电源交换的电功率K P 。
这样做的目的何在？我们先从普通的异步发电机谈起。
按照异步电机的原理，异步发电机的功率转换流程为转子功率2P —→电磁功率em P —→定子电功率1P考虑到功率转换中的损耗，转子的功率2P 必须大于转子的电磁功率em P ，即有2P ＞em P这是能量守恒的体现，也是异步发电机的核心原理。
发电机目的是将机械能转化为电能，所以，按理转子功率2P 应该就是机械功率M P ，但是问题出来了，根据电机学和力学原理，旋转电机的机械功率普遍表达为n T P M M 602π= 等于机械转矩M T 和转速n 的乘积；而异步电机的电磁功率表达为1602n T P em π= 即为电磁转矩T 和同步转速1n 的乘积。
同步转速是旋转磁场的转速，且pf n 1160=考虑到电机稳定运行必然遵循转矩平衡原理，也就是机械转矩和电磁转矩大小相等，方向相反，即M T T =结果，在n ＜1n （亚同步）时，却是M P ＜em P或者2P ＜em P转子功率小于电磁功率，异步电机不但不能发电，反而是作电动机运行。
双馈风力发电机工作原理
双馈风力发电机工作原理标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-双馈异步风力发电机工作原理我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。
双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其有独立的励磁绕组，可以像同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。
同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。
交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。
这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量，通过改变励磁频率，可改变电机的转速，达到调速的目的。
这样，在负荷突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或者吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。
改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位置，也就改变了电机的功率角。
这说明电机的功率角也可以进行调节。
所以交流励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。
双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，电机的极对数为 p,根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速 n1称为同步转速，它与电网频率 f1 及电机的极对数 p的关系如下：Pf n 1160= 同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 2 的三相对称电流，所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为：Pf n 2260= 由上式可知，改变频率 f 2，即可改变 n 2,而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。
因此，若设n 1 为对应于电网频率为50Hz 时双馈发电机的同步转速，而n 为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n ±n2=n1=常数，则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电机时一样，其频率将始终维持为f 1 不变。
双馈发电机工作原理
双馈发电机工作原理双馈发电机（Doubly Fed Induction Generator，简称DFIG）是一种常见的风力发电机的类型，其工作原理基于异步电机的原理。
DFIG是由一个转子和一个固定转子组成的，其中转子通常由铜或铝制成。
DFIG的工作原理如下：1.转子：DFIG的主要部分是转子，它是由绕组组成的。
绕组中的导线将电能传递给转子，以形成旋转磁场。
旋转磁场通过与固定转子的磁场交互，产生电动势。
转子上的绕组通常是属于定子的，即与固定转子的绕组相连。
转子的绕组也被称为发电机侧的绕组。
2.固定转子：固定转子是固定在发电机的外部的，由静子绕组组成。
静子绕组通常是三相绕组，其绕组与电网相连，接收来自电网的电能。
静子绕组的电能由定子中的定子绕组接收，它们通过拖曳转子旋转磁场生成的电动势传输。
定子绕组也被称为电网侧的绕组。
3.转子绕组：转子绕组是双馈发电机的关键组成部分之一、它有两个绕组：一个是通过滑环连接到固定转子的绕组，另一个是通过短路圈连接到直流环。
这两个绕组可以使发电机在双馈模式和全功率模式之间切换。
当DFIG处于双馈模式时，转子的旋转磁场通过滑环绕组传递电动势到定子绕组，然后通过定子绕组传输到电网。
这种方式下，电网接收到的电能比转子绕组输入的电能要大。
当DFIG处于全功率模式时，转子的旋转磁场通过短路圈绕组传递电动势到直流环绕组，然后通过直流环绕组传输到定子绕组。
这种方式下，输出到电网的电能比输入到转子绕组的电能要大。
DFIG的双馈模式和全功率模式的切换是由电力电子装置控制的，这个装置通常被称为转子侧变流器。
总的来说，DFIG的工作原理是通过转子和固定转子间的相互作用，将输入的电能转换成输出的电能。
DFIG的旋转磁场产生电动势，在双馈模式和全功率模式下，电动势通过不同的绕组传输到电网。
这使得DFIG 在不同工作条件下都能有效地工作。
双馈异步风力发电机工作原理
双馈异步风力发电机工作原理
双馈异步风力发电机是一种常用于大型风力发电机组的变频风力发电机。
它的工作原理基于异步电动机的双馈结构。
该发电机由主发电机和辅助发电机组成。
主发电机采用三相异步电动机构造，由高速轴驱动。
辅助发电机由低速轴驱动。
两个发电机之间通过转子传动部件（通常为液力变矩器）相连接。
当风向风速改变时，风力发电机组需要迅速跟踪变化，并同时提供稳定的输出电力。
双馈异步风力发电机通过调节主发电机电流和辅助发电机电流的相位和幅值来实现这一目标。
当风速低于额定风速时，辅助发电机通过其低速轴产生电势，然后通过转子传动部件和主发电机的电动势连接到电网。
主发电机旋转并与电网同步运行，将产生的电能通过转子传动部件传递给辅助发电机，然后送回电网。
当风速大于额定风速时，主发电机无法提供足够的电能，此时辅助发电机扮演更重要的角色。
主发电机和辅助发电机之间的转子传动部件通过传递转矩将未被主发电机转化为电能的机械能传递给辅助发电机，然后再通过辅助发电机将其转化为电能并送回电网。
通过调节主发电机和辅助发电机之间的相位和幅值，双馈异步风力发电机可以实现对电能输出的灵活控制，提高风力发电机组的响应速度和效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
题目：简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向
一、双馈异步发电机及其工作原理
1、双馈异步发电机
双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，是变频风力发电机组的核心部分，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。
该发电机主要有电机本体和冷却系统两大部分组成。
电机本体有定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。
由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成“柔性连接”，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。
2、双馈异步发电机的工作原理
根据电机学理论，在转子三相对称绕组中通入三相对称的交流电，将在电机气隙间产生磁场，此旋转此磁场的转速与所通入的交流电的频率及电机的极对数p 有关。
p f n 2260= （1-1）
式（1-1）中，2n 为转子中通入频率为
2f 的三相对称交流励磁电流后所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度（r/min ）。
从式（1-1）中可知，改变频率2f ,即可改变2n 。
因此若设1n 为对应于电网频率50Hz （Hz f 502=）时发电机的同步转速，而n 为发电机转子本身的旋转速
度，只要转子旋转磁场的转速与转子本身的机械速度n 相加等于定子磁场的同步旋转速度1n ,即
12n n n =+ （1-2）
则定子绕组感应出的电动势的频率将始终维持为电网频率1f 不变。
式（1-2）中，当2n 与n 旋转方向相同时，2n 取正值，当2n 与n 旋转方向相反时，2n 取负值。
由于
p
f n 1160= （1-3） 将式（1-1），式（1-3）代入式（1-2）中，式（1-2）可另写为
1260
f f np =+ （1-4） 式（1-4）表明不论发电机的转子速度n 随风力机如何变化，只要通过转子的励磁电流的频率满足式（1-4），则双馈异步电动机就能够发出与电网一致的恒定频率的50Hz 交流电。
由于发电机运行时，经常用转差率描述发电机的转速，根据转差率
1
1n n n s -=，将式（1-4）中的转速n 用转差率s 替换，则式（1-4）可变为 111112)1(60)1(sf f s f p n s f f =-=--
= （1-5） 需要说明，当s <1时，
2f 为负值，可通过转子绕组的相序与定子绕组懂
的相序相反实现。
通过式（1-5）可知，在双馈异步发电机转子以变化的转速运行时，控制转子电流的频率，可使定子频率恒定。
只要在转子的三相对称绕组中通入转差率（1sf ）的电流，双馈异步发电机可实现变速恒频运行的目的。
二、双馈异步发电机的功率流向
根据双馈异步发电机转子转速的变化，双馈异步发电机可以有以下三种运行状态：
（1）亚同步状态 当发电机的转速n 小于同步转速1n 时，由转差率为2f 的电流产出的旋转磁场转速2n 与转子方向相同，此时励磁变流器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网。
（2）超同步状态 当发电机的转速n 大于同步转速1n 时，由转差率为2f 的电流产生的旋转磁场转速2n 与转子转动方向相反，此时发电机同时由定子和
转子发出电能电网，励磁变流器的能量流向逆向。
（3）同步运行状态当发电机的转速n等于同步转速1n时，处于同步状态。
此时状态下转差率0
2=
f，这表明此时通入转子绕组的电流的频率为0，即励磁变换器向转子提供直流励磁，以此与普通同步发电机一样。
在不计铁耗和机械损耗的情况下，转子励磁双馈发电机的能量流动关系可以写为
2
1
1
22
1
1
2
) (cu
cu cu
cu m
P
P
P
s
P P
P
P
P
P
+
+
=+
+
=
+
式中，m
P为转子轴上输入的机械功率；2P为转子励磁变流器输入的电功率；
1
P为定子输出的电功率；1cu P为定子绕组铜耗；2cu P为转子绕组铜耗；s为转差率。
当发电机的铜耗很小，上诉公式可近似理解为
1
2s P
P≈
转子上所带的变流器是双馈异步发电机的重要部件。
根据上式可知，双馈异步发电机构成的变速恒频风力发电系统，其变流器的容量取决于发电机变速运行时最大转差率。
一般双馈电机的最大转差率为）
（35%
~
%
25
±，因此变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/3~1/4，能较多地降低系统成本。