第一章 双馈电机的工作原理
双馈电机原理
双馈电机原理1 单馈电机与双馈电机众所周知，一般线绕型异步电动机转子串电阻调速（图1a）或按可控硅低同步串级调速（图1b）其转子调速（n）均低于定子同步转速(n1),转差功率（PS）都是从转子绕组输出，前者消耗在外接电阻上，后者回输到电网上。
（转差功率即转子铜耗。
电机同步转速不变，输出转速变小时，转子电流增加，转子铜耗增加。
即转速越低，转差功率越大；异步电机定子旋转磁场与转子转速的差额率称转差率）通常，人们将这种定子由固定电源（一般为工频电网电源）供电，转子消耗或回收转差功率的交流异步电动机称为―单馈‖电机。
忽略电机损耗，设电机定子电磁功率为P1，电源相序为A-B-C ；电机转子绕组同步转速为n2,(转子三相电流相序为a-b-c)；转子输出机械功为PM,则单馈电机的功率与转速关系为：P1=PM+PS ……………………………….....①单馈电机功率（P1）=转子输出机械功（PM）+转差功率（PS）n=n1-n2 ……………………………………….②单馈电机转速（n）=定子同步转速（n1）—转子同步转速（n2）欲使电机转速超越同步转速，根据电磁感应关系和电机稳定运行条件可知，电机转子绕组应由另一套输出电压为Ef的独立附加电源Sf（又称交流励磁电源）供电，并向转子绕组输入转差功率PS，且励磁相序应改为a-b-c（图1c）。
这种定、转子绕组分别由各自交流电源供电的交流电机称为―双馈‖电机。
工作于超同步电动状态的―双馈‖电机其功率及转速关系为：P1+PS=PM ………………………………………③双馈电机功率=转子输出机械功（PM）—转差功率（PS）n=n1+n2 ………………………………………......④双馈电机转速=定子同步转速（n1）—转子同步转速（n2）―双馈‖与―单馈‖电机本质区别是：―单馈‖电机转子绕组三相电流是感生的，输出转差功率PS（相当于―发电‖），三相电流相序不能改变，只能实现低同步以下（n<n1）调速；―双馈‖电机的转子绕组三相电流由转子感应电势E2与Ef共同产生，Sf电源可强制性向电机输入PS，且三相电流的相序可加以控制。
双馈异步电机工作原理
双馈异步电机工作原理双馈异步电机是一种特殊类型的异步电机，其工作原理是通过在转子绕组上接入一个附加回路（称为双馈回路），来改变转子电流和磁场，从而实现调节转矩和速度的目的。
双馈异步电机的转子绕组通常由一个固定在转子上的双馈绕组组成，该绕组由若干套波纹形状的金属环组成。
当电机工作时，通过定子的电流产生的旋转磁场会感应出转子绕组中的电动势。
双馈绕组上的金属环构成一个闭合回路，电流会从定子绕组流入转子绕组，形成一个旋转电流环。
双馈绕组中的旋转电流环会在旋转的磁场作用下，产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与定子绕组的旋转磁场相互作用，形成一个增强或减弱的磁场。
这个增强或减弱的磁场会影响到电机的转矩和速度。
当电机需要增大转矩时，可以通过调节双馈绕组的电流来改变转子磁场的强度。
通过调节双馈回路中的电阻、电感、电容等参数，可以实现对转子电流的控制，从而调节磁场的大小和方向。
当磁场增强时，电机的转矩也随之增大，反之亦然。
双馈异步电机还可以通过调节旋转电流环的位置来改变转子磁场的相位和方向。
通过调节双馈绕组上的金属环的位置，可以改变旋转电流环的位置，进而改变旋转磁场的相位和方向。
这样一来，电机的转矩方向也可以随之改变。
双馈异步电机的优点在于可以通过调节转子绕组上的双馈回路，实现对电机转矩和速度的调节。
这种调节方式相对简单，且具有较高的效率。
同时，双馈异步电机还具有很好的过载能力和起动性能，适用于大功率、恶劣工况下的应用。
总体来说，双馈异步电机的工作原理是通过调节转子绕组上接入的双馈回路，来控制转子磁场的大小、方向和相位，从而实现对电机转矩和速度的调节。
这种调节方式简单有效，适用于大功率、恶劣工况下的应用。
《无刷双馈电机》课件
结论
无刷双馈电机具有许多优点，如高效、灵活和可靠。然而，也需要克服一些技术和设计上的挑战。我们 对无刷双馈电机的未来发展充满期望。
控制策略
制定合理的控制策略，可以 实现对无刷双馈电机的精确 控制，提高效率和稳定性。
热学特性分析
热学特性分析是优化无刷双 馈电机设计的重要步骤，以 确保长时间高效运行。
无刷双馈电机的应用实例
电动汽车中的应用
无刷双馈电机在电动汽车 中的应用，提供高效、可 靠的动力输出，推动电动 汽车的发展。
机器人领域中的应用
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本课件介绍无刷双馈电机的工作原理、应用实例和发展前景。通过深入的分 析和详细的解释，帮助大家全面了解这一新兴的电机技术。
无刷双机技术，利用电磁感应和电子功率转换器实现 高效转换。其独特的组成结构使其具有出色的性能和灵活性。
无刷双馈电机的工作原理
无刷双馈电机在机器人领 域中的应用，实现精确的 运动控制和高效的能量转 换。
家电领域中的应用
无刷双馈电机在家电领域 中的应用，为家电产品带 来更高的效能和更好的用 户体验。
无刷双馈电机的发展前景
1
技术瓶颈和发展机遇
无刷双馈电机面临一些技术挑战，但也有巨大的发展机遇和潜力。
2
未来的运用前景和趋势
无刷双馈电机在未来将有更广泛的应用领域，是电机技术发展的重要方向。
1
控制方法
2
无刷双馈电机采用智能电子控制器进
行精确控制，以提高效率和响应速度。
3
电磁、机械特性
无刷双馈电机利用电磁感应原理实现 动力传输和转换，同时具有良好的机 械特性。
工业应用中的优势
无刷双馈电机在各个工业领域中，如 制造业和能源生产中，具有明显的优 势。
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。
双馈电机原理
谢谢
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最大风能追踪机理
最大风能追踪实现
最大风能追踪的本质就是在风速发生变化时调节机组转速，保持最 佳叶尖速比。 实现最大风能追踪，可以通过风力机控制实现,也可以通过发电机控 制实现。
采用通过发电机功率控制实现最大风能追踪的方案的原理是： 通过 控制发电机输出功率来控制发电机阻转矩, 进而控制机组转速，以求 在风速变化时保持最佳叶尖速比，实现最大风能追踪。
率。当电机吸收无功功率时，往往由于功率角变大，使电机稳定度降低。如通过
调节交流励磁的相位，减小机组的功率角，使机组的运行稳定性提高，从而可多 吸收无功功率，克服目前由于晚间负荷下降、电网电压过高的不利局面。因此说
，交流励磁电机较同步机有更优越的运行性能。
双馈电机基本原理
3.交流励磁电机的应用 由于交流励磁电机有三个可调量，通过励磁调节，不仅保持了同步机的可以
fs 0
变频器提供直流励磁
转子回路能量流动
转子功率
P2 Ps sPm sP 1
亚同步发电 s>0 P2>0 变频器向转子绕组输入功率 超同步发电 s<0 P2<0 转子绕组向变频器输入功率 故要求变频器具有能量双向流动能力
最大风能追踪机理
VSCF风力发电 系统运行区域
并网控
就是说，可以变速发电或调速拖动。同时发现这种电机有调节电网功率 因数和提高电网稳定性的功能，而且可以使水轮机、风力机等原动机或
水泵等被拖动机械运行在最佳工况，使机组效率提高。
双馈电机基本原理
2.交流励磁电机的优点
双馈风机工作原理
双馈风机工作原理
双馈电机是一种能够实现电能直接向机械能的转换的电机，它能够直接接入电网，在电网运行。
双馈电机在运行时，转子上的磁通发生变化，从而形成了一个特殊的磁场，这个磁场使转子对定子旋转。
在定子与电网之间产生一个交流电压，通过控制变频器上的变流器（或双馈电机上的变流器）向电网输送电能。
因此，双馈电机属于一种电压源型换流器（VSC）。
交流电压由变
频器控制，双馈电机转子侧和电网侧都可以直接向电网输送电能。
双馈电机能够实现风电场的并网运行，对风电场的运行是非常有利的。
它可以在风电场中采用不同功率等级的发电机以实现并网运行，这将使整个风电场向电网提供相同水平的电能，并且不需要增加或改变风力发电机的容量。
双馈电机通过改变定子磁场中电流的大小和方向来发电和配电。
这意味着双馈电机不需要复杂的控制系统即可实现对有功功率、无功功率和频率的控制。
为了获得最大的发电量，双馈电机通常需要大容量的变流器来提供所需容量。
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双馈发电机工作原理
双馈发电机工作原理第一篇：双馈发电机工作原理双馈发电机工作原理双馈风力发电机是时下应用比较广泛的风机，它的特殊之处在于其定子绕组和转子绕组都直接或间接地与电网相连，定子侧绕组产生的工频交流电直接馈入电网，转子侧的功率通过整流逆变装置上网。
与一般的异步发电机相比，双馈风机允许发电机转速在一定范围内波动，因为转子侧（相当于励磁绕组）中电流的大小和频率可以通过整流逆变装置进行调节，从而在转速发生变化的情况下，维持定子侧输出功率频率的恒定。
暂态建模资料摘要随着风力发电并网容量的快速增加，风电接入对电网运行性能的影响越加明显。
联网运行双馈感应风电机组的运行特性对电网的安全稳定运行有着重要的影响。
本文对联网运行双馈感应风电机组的仿真建模、运行控制及模型的有效性进行了研究分析，主要包括以下内容：分析了两相同步旋转坐标系下双馈感应风电机组数学模型的特点，建立了双馈感应风电机组联网运行电磁暂态模型，对不同运行条件下双馈感应风电机组的运行特性进行了仿真模拟，深入了解了双馈感应风电机组的联网运行特性。
建立了联网运行双馈感应风电机组运行控制策略，在此基础上，构建了控制系统传递函数模型，分析了PI控制器参数选择对控制系统性能的影响，提出了PI控制器参数设置的方法。
提出了电网发生对称性故障时双馈感应风电机组的短路电流计算简化模型，为评估双馈感应风电机组短路对电网继电保护装置的影响提供了有效的计算模型。
设计了风电机组联网短路试验方案，分析了短路试验数据识别出风电机组厂家未提供的风电机组撬杠保护动作值，并仿真重现了风电机组联网短路试验，仿真数据与试验数据相吻合，验证了所构建系统模型和仿真系统的有效性。
研究现状由于风能是一种随即性很强的一种能源，不能像火力发电、水力发电那样可以预先调度，因此大规模的风力发电的接入对电网的经济、安全、稳定运行带来了诸多不利的影响，对系统调频、调压、调峰带来了困难。
同时由于风电机组大多包含有对运行条件要求很高的电力电子变流器，在一些运行方式下电网的扰动对风电机组的正常运行也会带来一定的影响，严重时可能会引起风电机组跳闸，造成电网功率大幅波动，威胁着电网的运行安全，而从系统持续运行的角度考虑，通常希望风电机组具有一定的故障穿越能力，能够在一定的故障情况下持续联网运行，因此对联网运行风电机组的运行特性，需要进行深入的研究。
第一章双馈电机的工作原理
第⼀章双馈电机的⼯作原理第⼀章双馈电机的基本⼯作原理设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1n 称为同步转速，它与电⽹频率1f 及电机的极对数p 的关系如下：pf n 1160=（1-1）同样在转⼦三相对称绕组上通⼊频率为2f 的三相对称电流，所产⽣旋转磁场相对于转⼦本⾝的旋转速度为：pf n 2260=（1-2）由式1-2可知，改变频率2f ，即可改变2n ，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1n 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，则只要维持常数==±12n n n ，见式1-3，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1f 不变。
常数==±12n n n（1-3）双馈电机的转差率11n n n S -=，则双馈电机转⼦三相绕组内通⼊的电流频率应为：Sf pn f 12260==（1-4）公式1-4表明，在异步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（即S f 1）的电流，则在双馈电机的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。
根据双馈电机转⼦转速的变化，双馈发电机可有以下三种运⾏状态：1. 亚同步运⾏状态：在此种状态下1n n <，由转差频率为2f 的电流产⽣的旋转磁场转速2n 与转⼦的转速⽅向相同，因此有12n n n =+。
2. 超同步运⾏状态：在此种状态下1n n >，改变通⼊转⼦绕组的频率为2f 的电流相序，则其所产⽣的旋转磁场的转速2n 与转⼦的转速⽅向相反，因此有12n n n =-。
3. 同步运⾏状态：在此种状态下1n n =，转差频率02=f ，这表明此时通⼊转⼦绕组的电流频率为0，也即直流电流，与普通的同步电机⼀样。
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第一章双馈电机的基本工作原理
设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1n 称为同步转速，它与电网频率1f 及电机的极对数p 的关系如下：
p
f n 1
160=
（1-1）
同样在转子三相对称绕组上通入频率为2f 的三相对称电流，所产生旋转磁场
相对于转子本身的旋转速度为：
p
f n 2
260=
（1-2）
由式1-2可知，改变频率2f ，即可改变2n ，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1n 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，则只要维持常数==±12n n n ，见式1-3，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1f 不变。
常数
==±12n n n
（1-3）
双馈电机的转差率1
1n n n S -=，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率
应为：
S
f pn f 12260
==
（1-4）
公式1-4表明，在异步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（即S f 1）的电流，则在双馈电机的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。
根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三种运行状态：
1. 亚同步运行状态：在此种状态下1n n <，由转差频率为2f 的电流产生的
旋转磁场转速2n 与转子的转速方向相同，因此有12n n n =+。
2. 超同步运行状态：在此种状态下1n n >，改变通入转子绕组的频率为2f 的
电流相序，则其所产生的旋转磁场的转速2n 与转子的转速方向相反，因此有12n n n =-。
3. 同步运行状态：在此种状态下1n n =，转差频率02=f ，这表明此时通入
转子绕组的电流频率为0，也即直流电流，与普通的同步电机一样。
1.1等效电路
下面从等效电路的角度分析双馈电机的特性。
首先，作如下假定： 1. 只考虑定转子的基波分量，忽略谐波分量；
2. 只考虑定转子空间磁势基波分量；
3. 忽略磁滞、涡流、铁耗；
4. 变频电源可为转子提供能满足幅值、频率、功率因数要求的电源，不计
其阻抗和损耗。
在等效电路中，发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例，转子侧电压电流的正方向按电动机惯例，电磁转矩与转向相反为正，转差率S 按转子转速小于同步转速为正，参照异步电机的分析方法，可得双馈发电机的等效电路，如图1-1所示：
图1-1 双馈发电机等效电路图
根据等效电路图，可得双馈发电机的基本方程式：
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=-==⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛++-=+--=m m m I I I jX I E E jX s R I E s U jX R I E U
'21
'21'2
'2'2'2'
211111)()( （1-5）
式中：
● 1R 、1X 分别为定子侧的电阻和漏抗
● '2R 、'2X 分别为转子折算到定子侧的电阻和漏抗
● m X 为激磁电抗
● 1U 、1E 、1
I 分别为定子侧电压、感应电势和电流 ● '2E 、'2
I 分别为转子侧感应电势，转子电流经过频率和绕组折算后折算到定子侧的值。
● '2U 转子励磁电压经过绕组折算后的值，s U /'2 为'2
U 再经过频率折算后的值。
1.2功率传输关系
假设风力机轴上输入的净机械功率（扣除损耗后）为m P ，发电机定子向电网输出的电磁功率为1P ，转子输入/输出的电磁功率为2P ，s 为转差率，转子转速
小于同步转速时为正，反之为负。
由于转子电磁功率122222*sP I sE I E P s ===，因此，转子电磁功率又称为转差功率。
机械功率121)1(P s P P P m -=-=。
在上述两公式的基础上，计算电磁转矩与机械转矩。
11
111
1
)1(T n P n
P n
P s n P T n n m m ==
=
-=
=
（1-6）
由式1-6可见，机械转矩与电磁转矩在数值上其实是相等的。
1.2.1 超同步运行状态
顾名思义，超同步就是转子转速超过电机的同步转速时的一种运行状态，我们称之为正常发电状态。
（因为对于普通的异步电机，当转子转速超过同步转速
时，就会处于发电机状态）
图1-2 超同步运行时双馈电机的功率流向
由于发电机是超同步运行，所以0<s ，此时机械功率m P 大于定子电磁功率1P ，
剩余的功率通过转子电磁功率2P 输到电网。
1.2.2 亚同步运行状态
即转子转速低于同步转速时的运行状态，我们可以称之为补偿发电状态（在亚同步转速时，正常应为电动机运行，但可以在转子回路通入励磁电流使其工作于发电状态）
图1-3 亚同步运行时双馈电机的功率流向
由于发电机是亚同步运行，所以0>s ，此时机械功率m P 小于定子电磁功率1P ，
需要通过转子电磁功率2P 输入部分功率，不足两者之间的功率差。
附录A 频率归算
设感应电机的转子绕组其端电压为2U ，此时根据基尔霍夫第二定律，可写出转子绕组一相的电压方程： 2
22
22)(U jsX R I E s s -+=σ
=〉
s
U jX s
R I s
E s
s 22222)(-
+=σ
=〉s
U jX s
R I E s 22222)(-+=σ
（A-1）
式中，s I 2 为转子电流；2R 为转子每相电阻。
图1-1表示与式A-1相对应的转子
等效电路。
s
E E s 22 =为转子不转时的感应电动势。
附录B 绕组归算
所谓绕组归算，就是用相数，有效匝数和定子绕组完全相同的等效转子绕组，去代替原来的相数2m 、有效匝数为22ωk N 的转子绕组。
在绕组归算时，应保持转子绕组具有同样的电磁效应，即转子磁动势的大小和相位、转子的功率、损耗和漏磁场的储能等均保持不变。
以下的归算量都用加” ’ ”的量表示。
设'2I 为归算后的转子电流，为了达到绕组归算前、后转子磁动势幅值不变的要求，应有：
p
I k N m p
I k N m '
2
222'
2
1119
.029
.02
ωω= （B-1）
于是，i
k I I k N m k N m I 22111222'2=
=ωω
（B-2） 式中，2
22111ωωk N m k N m k i =
，称为电流比
（B-3）
归算后，转子的有效匝数已变换成定子的有效匝数，所以归算后转子的电动势'2E 应为：
222
211'
2E k I k N k N E e ==
ωω
（B-4） 式中，2
211ωωk N k N k e =
，称为电压比
（B-5）
根据等效电路的转子电压方程，再次改写如下：
s
U jX
s
R I s U k jX s R k I k k s U jX s R I k E k E e i i e e e '
2'2'
2'
2
2
22222222'2)(
)()(-
+=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝
⎛-+==σ
σσ （B-6）。