异步电机的双馈调速剖析
异步电机双馈调速工作原理
异步电机双馈调速工作原理首先，异步电机双馈调速的基本工作原理是通过降低转子电压的频率来调整转子的转速。
根据电机的转子电压等于输入电压减去转子电流的电压降，通过降低转子电压的频率，可以实现转子转速的调整。
具体来说，通过改变额外绕组的电压和频率，调整电机的转子电压和转速。
当降低转子电压的频率时，转子电流的幅值减小，转子电力降低，转子的转速也随之降低。
反之，当增加转子电压的频率时，转子电流的幅值增加，转子电力增加，转子的转速也随之增加。
其次，异步电机双馈调速还包括电流均分控制。
电流均分控制是指通过调整额外绕组的电压和频率，使额外绕组的电流分布均匀，使得转子的各个绕组受到的转矩相等。
通常情况下，额外绕组的电流分布不均匀，可能导致转子产生额定转矩以下的转矩。
电流均分控制可以通过调整额外绕组的电压和频率，使得额外绕组的电流分布均匀，从而实现转矩均分，提高电机的工作效率。
最后，异步电机双馈调速还涉及到转矩控制。
转矩控制是指在转速调整的同时，实现对电机输出转矩的控制。
通过改变额外绕组的电压和频率，可以调整转子的电磁转矩大小。
一般来说，转子电压越大，额外绕组电压越大，电磁转矩也越大。
通过控制额外绕组的电压和频率，可以实现对电机输出转矩的控制，使电机能够适应不同负载条件下的需要。
需要注意的是，异步电机双馈调速需要额外安装绕组和调速装置，相比于普通的异步电机，成本和复杂度都会有相应的增加。
但由于其实现了转速和转矩的调控，使得电机能够适应不同负载条件和工作需求，广泛应用于风力发电、轨道交通等领域，成为现代工业中常见的调速技术之一综上所述，异步电机双馈调速的工作原理包括转子电压降频调整、电流均分控制和转矩控制三个方面。
通过调整额外绕组的电压和频率，可以实现电机的转速和转矩的调节，从而适应不同工况和需求。
这项技术的应用在现代工业中具有重要的意义，可以提高电机的工作效率和稳定性，减少能源的消耗。
21双馈调速原理
运动控制系统专题报告说明书题目：绕线式异步电动机双馈调速系统专业班级：电气自动化03班学号：姓名：指导教师：成绩：2014年6月16日至6月30日一．双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1．1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率S 。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压U ，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量U ，有三种典型方向可以使用 (1)U 2与转子感应电势E 20s 同相 (2)U 2与转子感应电势E 20s 反相 (3U 2超前转子感应电势姬，E 20s 90度其中，与转子感应电势E 20s 同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势 E 20s 90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：(1)异步电动机正常运行时的矢量关系如图1．1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗z 1后有.1U ≈-.1E =.2sE 电机定子电流.m .2.1I I I -+=电机定子、转子的功率因数角分别为α,β。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势E 20s 同相时的矢量关系如图1．1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值.2sE保持不变，即满足.2..22.ESUsE+=随着附加电势折算值U2的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。
绕线转子异步电动机双馈调速系统
此时功率变换单元CU得组成如图7-3a所示,其中 CU1就是整流器,CU2就是有源逆变器。对于工况4 和5,电动机转子要从电网吸收功率,必须用一台变 频器与转子相连,其结构如图7-3b,CU2工作在可控 整流状态,CU1工作在逆变状态。
Er sEr0
(7-1)
式中s ——异步电动机得转差率;
Er0 ——绕线型异步电动机转子开路相电动势, 也就就是转子开路额定相电压值。
7、1、1 绕线转子异步电动机 转子附加电动势得作用
图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势得原理图
转子相电流
在转子短路情况பைடு நூலகம்,转子相电流得表达式为
Ir
sEr0 Rr2 (sX r0 )2
绕线转子异步电动机双馈调速方法早在20世纪30年 代就已被提出,到了60~70年代,当可控电力电子器 件出现以后,才得到更好得应用。
7、1 绕线转子异步电动机双馈 调速工作原理
异步电动机由电网供电并以电动状态运行时,她 从电网输入(馈入)电功率,而在其轴上输出机械 功率给负载,以拖动负载运行。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
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7、1、2 绕线转子异步电动 机双馈调速得五种工况
在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控得附加 电动势并改变其幅值,就可以实现对电动机转速 得调节。
可控附加电动势得引入必然在转子侧形成功率得 传送,既可以把转子侧得转差功率传输到与之相 连得交流电源或外电路中去,也可以就是从外面 吸收功率到转子中来。
7、2、1串级调速系统得工作原 理
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。
2双馈调速原理
一.双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1. 1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：厶=(sE初土 S)/｛尸；+(此2)' j可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率s。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压u，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量u,有三种典型方向可以使用(1) 与转子感应电势同相(2) 与转子感应电势反相(3超前转子感应电势姬，90度其中，与转子感应电势同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：⑴异步电动机正常运行时的矢量关系如图1. 1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗后有~ -=-s电机定子电流+电机定子、转子的功率因数角分别为a , B。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势。
同相时的矢量关系如图1.1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值保持不变，即满足s U2+ 随着附加电势折算值u;的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。
当附加电势折算值增大到大于系统原有s时，会使系统新的转差率S'变负，即电机转速超过同步转速。
此时的矢量关系如图1-1(d)所示。
(3) 附加电势U2与转子感应电势。
反相时的矢量关系如图1 —1(c)所示，其分析方法同上。
第7章_运控 绕线转子异步电动机双馈调速系统
主 要 内 容
绕线型异步电动机双馈调速工作原理 绕线型异步电动机串级调速系统 串级调速的机械特性 串级调速系统的技术经济指标 双闭环控制的串级调速系统 串级调速系统的起动方式 绕线转子异步风力发电机组
7.1 绕线转子异步电动机双 馈调速工作原理
异步电动机由电网供电并以电动状态运行 时，它从电网输入（馈入）电功率，而在 其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载 运行。当电动机以发电状态运行时，从轴 上输入机械功率，经机电能量变换后以电 功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。
工作原理
在双馈调速工作时，绕线型异步电动机定子 侧与交流电网直接连接，转子侧与交流电源 或外接电动势相连，可认为是在转子绕组回 路中附加一个交流电动势，通过控制附加电 动势的幅值，实现绕线型异步电动机的调速。
1
一、绕线转子异步电动机转 子附加电动势的作用
转子附加电动势的作用
异步电动机运行时其转子相电动势为 (7-1) ——异步电动机的转差率；
2 r
sEr 0 Eadd
（7-2）
Rr2 ( sX r 0 )2
式中 Rr ——转子绕组每相电阻； X r 0—— s 1时的转子绕组每相漏抗。
其中，Eadd与Ero同频，同相或者反相。Ir 由负载的大小决定。 当 Eadd 为 “ -” 时 ， Eadd↑→Ir↓→Te↓→ n↓→s↑→Ir↑ ，达到新的稳定状态，但转 速降低了。
3 2.34U T 2 cos I d ( X T 2 RT 2 RD RL ) π 3 2.34 Er 0 cos p X D 0 I d π
s
转速特性方程
将 s = (n0 – n ) / n0代入上式，得到串级调 速时的转速特性为
异步机双馈调速系统的仿真研究与实现的开题报告
异步机双馈调速系统的仿真研究与实现的开题报告一、选题依据随着发电技术的不断发展，双馈发电机作为一种新型发电机，已经被广泛应用于风电、水电等领域。
双馈发电机具有旋转变压器等特殊的电气特性，可通过调节电气参数控制电机转矩与功率因数之间的关系，提高发电机的稳定性和效率。
而异步机双馈调速系统在双馈发电机的控制中则起到至关重要的作用，是实现双馈发电机高效稳定运行的关键控制技术。
目前，国内外关于异步机双馈调速系统的研究主要集中于理论分析和实验研究，而缺少对其进行全面系统的仿真研究的相关资料。
针对这一问题，本课题将通过建立异步机双馈调速系统的仿真模型，对其电气特性进行分析和优化，为提高双馈发电机的输出效率和性能水平提供理论支持。
二、研究目的和意义1. 确定异步机双馈调速系统的关键参数，分析其对发电机性能的影响。
2. 建立异步机双馈调速系统的仿真模型，对其稳态电气特性进行分析和优化。
3. 通过仿真结果，优化双馈发电机的控制策略，提高电机的稳定性和效率。
4. 为双馈发电机的研究和应用提供理论支持和技术指导。
三、研究内容本课题主要研究内容包括：1. 异步机双馈调速系统的基本原理和电气特性分析。
2. 建立异步机双馈调速系统的仿真模型，确定系统的关键参数和参考值。
3. 分析电机转矩、速度、功率的变化规律，评估系统的性能指标。
4. 优化系统控制策略，改进电机的控制性能和运行效率。
5. 基于仿真结果，对异步机双馈调速系统的优化和改进提出建议。
四、研究方法本课题主要采用以下方法进行研究：1. 理论分析法：通过分析双馈发电机的基本结构和电气特性，建立数学模型，探究系统的电气特性变化规律和影响因素。
2. 计算机仿真法：采用Matlab/Simulink软件建立异步机双馈调速系统的仿真模型，模拟系统运行过程，评估系统的性能指标和控制策略。
3. 实验研究法：通过实验平台对模型仿真结果进行验证，并对仿真所得结果进行分析和改进。
五、研究进度安排1. 第一阶段（1月-2月）：完成文献调研，制定研究计划和方案，确定仿真系统的基本框架和参数设置。
异步电机双馈调速系统
且有：
imd isd ird
(7-38)
Lmimd md
(7-39)
imq isq irq
(7-40)
Lmimq mq
(7-41)
磁链定向
在双馈调速系统中常用定子磁链定向或
7.6.1 双馈调速系统的构成
要在任何转速下使变频器输出电压与电机 转子感应电动势都有相同的频率，对变频器 输出的频率有两种控制方式：
他控式
自控式
1. 他控式双馈调速系统 系统组成
图7-21 他控式双馈调速系统原理图
工作原理
由独立的控制器控制变频器的输出频 率，即直接控制输入电机转子的电压频率 f2 。由于 f2 满足 f2 = s f1 的关系式，所以 电机一定在对应于 s 的转速下运行，且不 随负载变化。
概述
上述的异步电动机串级调速系统是从定 子侧馈入电能、从转子侧馈出电能的系统， 从广义上说，它也是双馈调速系统的一种。
但人们往往狭义地认为双馈（Double Fed）就是从定子侧与转子侧都馈入电能的 -1-2节的分析可知，异步电机双馈 工作时，其转子电路应连接一台变频器作 为功率变换单元，以供给转子绕组所需频 率的电功率，控制这个电功率即可实现调 速。
性能评价：
由于对变频器的输出可以自动控制，使 系统有较强的调节能力，稳定性也较好， 可以避免失步现象，所以可用于有冲击性 负载的场合。这种方式还具有调节电机定 子侧无功功率的功能。
*7.6.2 双馈调速系统的矢量控制
问题的提出
双馈调速系统可以看作是异步电动机转 子变压变频调速系统，为改善系统的动态 品质，可以仿照定子变压变频系统那样采 用矢量控制方法，建立对电磁转矩的控制 规律。
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PM T 1
Pmec (1 s)PM
Ps
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I
2 2
r2
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双馈调速及串级调速的基本概念
• 所谓双馈调速，就是将电能分别馈入绕线转子异步电 动机的定子绕组和转子绕组。改变转子外接电源的幅 值和相位，就可以调节异步电动机的转速、转矩和电 动机定子侧的无功功率，这种双馈调速的异步电动机 不但可以在亚同步转速区运行，而且可以在超同步转 速区运行，因此双馈调速也叫超同步串级调速。
•
I2a
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•
B
•
转子外接电压
•
U
2
与转子电动势
•
sE 2
•
• 同频率、相位相同，且
s'E2
U 2 s E2
•
U2
• 电机转速升高 0< s’<s
•
sE 2
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绕线转子异步电动机 接转差频率电压调速向量图4
•
B
同
步
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电机控制讲义
§2－3绕线式异步电动机双馈调速系统
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§2-3
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绕线式异步电动机的双馈调速
A. 绕线式异步电动机调速方法 B. 双馈调速及串级调速的基本概念 C. 双馈调速电动机的特点 D. 双馈调速电动机在各种工作状况下的能量关系 E. 绕线式异步电机的串级调速系统 F. 双馈调速系统构成 G. 双馈调速的效率和功率因数 H. 双馈调速的矢量控制
• 同频率、相位相反，且
U 2 s E2
• 转子电流I 2
I2
sE2 U2 r22 (sx2 )2
sE2 r22 (sx2 )2
• 电机转速降低，s’>s>0
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绕线转子异步电动机 接转差频率电压调速向量图2
电
动
状
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转子外接电压
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与转子电动势
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• 同频率、相位相反，且
U 2 s E2
• 转速等于同步转速 , s’=0
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绕线转子异步电动机 接转差频率电压调速向量图5
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A 绕线式异步电动机调速方法
A.1. 转子绕组串接电阻
耗能、手动、不方便
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A.2 斩波变阻实现无级调速
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A.3 双馈调速（串级调速）
绕线转子异步电动机
接转差频率电压调速向量图6
•
I
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• U1 I1
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s ' E'2
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I10
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U
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I2 r
• 转电合子动成外势电接动sE•电势29压00E，2U•与转2 转超子前子回转电路子流的I• 2
同相，其中有功电流为
•
I
2a
，
无功电流为I• 2r 由于无功电
流与气隙磁密同相起到了励
• 双馈调速中的转差频率难以检测和控制。 • 在工程实际中常对转子绕组的电流进行整流，并以直
流形式在转子中串入外加电动势，称之为串级调速。 也叫低同步串级调速，这是由于转差功率只能单方向 由整流器送出的缘故。
• 串级调速是双馈调速的一种特例。
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转子外接电压
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与转子电动势
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• 同频率、相位相同，且
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• 转子电流I 2
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• 电机转速高于同步转速，s’<0
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双馈调速能够实现的功能
亚同步调速：E f与 I2 反相，
附电装置,吸收功率
超同步附调电速装：置E,f提与供功I2率同相，
提供无功:向电网提供无功（交—交变频器馈电）
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双馈调速及串级调速的基本概念
• 异步电动机定子输入功率P1、电磁功率PM、机械功率Pmec、 转差功率Ps、铁损耗和定子铜损耗，有如下关系
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转子外接电压
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与转子电动势
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• 同频率、相位相反，且
亚
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制
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• 电机转速 低于同步速,s’>s >0
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绕线转子异步电动机 接转差频率电压调速向量图3
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亚 同 步 电 动 状 态
磁电流的作用。定子电 流 Im (I2 ) ， （ Im 为定子励磁电流）。 由图可知定子边的功率因数
得到了改善
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绕线式异步电动机正方向规定
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绕线转子异步电动机 接转差频率电压调速向量图1
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