2双馈调速原理
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。
双向调速回路的原理
双向调速回路的原理
双向调速回路是一种用于控制电机转速的回路，其原理如下：
1. 速度传感器：通过安装在电机轴上的码盘或霍尔传感器等装置，检测电机的转速，并将信号转换为电压信号。
2. 比例放大器：将速度传感器输出的电压信号放大，并与设定的目标转速信号进行比较。
3. 控制器：根据比例放大器输出的误差信号，计算并输出电流控制信号。
4. 电流控制器：根据控制器输出的电流控制信号，控制电机的电流。
5. 功率放大器：根据电流控制器输出的电流信号，通过功率放大器将电流信号放大，并驱动电机。
6. 双向开关：根据控制器输出的方向信号，控制电机正反转。
7. 反馈信号：电机的转速反馈信号经过低通滤波器，与设定的目标转速信号进行比较。
通过不断调整控制器计算输出的电流控制信号和方向信号，使得电机的转速逐渐
接近设定的目标转速。
当电机的转速与目标转速相等时，控制器输出的电流控制信号和方向信号达到平衡，电机保持在设定的转速上运行。
双向调速回路的原理基于这样的控制思想，通过不断调整电机的电流和方向，使其转速保持在设定的值上，实现电机的精确调速。
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中得到广泛应用。
我们来了解一下双馈风力发电机的工作原理。
双馈风力发电机是一种采用异步发电机的结构，其转子由两部分组成：一个是固定子，另一个是转子。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
在双馈风力发电机中，转子的定子通过拖动转子的磁场，使得风力发电机可以实现变频调速。
双馈风力发电机具有转矩平稳、响应速度快的优点，可以适应不同风速下的工作状态。
接下来，我们介绍一下直驱风力发电机的工作原理。
直驱风力发电机是一种采用永磁同步发电机的结构，其转子由永磁体构成。
风力通过叶片传递给转子，转子通过直接驱动发电机产生电能。
直驱风力发电机不需要传动系统，减少了能量转换的损失，提高了发电效率。
直驱风力发电机具有结构简单、体积小、维护成本低等优点，逐渐成为风力发电领域的主流技术。
我们来了解一下半驱动风力发电机的工作原理。
半驱动风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合体，它采用了双馈发电机的转子结构和直驱发电机的永磁体。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
半驱动风力发电机兼具双馈风力发电机和直驱风力发电机的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中发挥重要作用。
双馈风力发电机通过变频调速实现转矩平稳，响应速度快；直驱风力发电机通过永磁同步发电机实现高效发电；半驱动风力发电机兼具双馈和直驱的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
随着风力发电技术的不断发展，这些风力发电机构将进一步完善和提升，为可持续能源的开发和利用做出更大贡献。
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。
(4).交流电机串级调速和双馈调速
19 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 （2）次同步速回馈（1>S’>0)
—交流电机调速理论与方法—
电磁功率 PM< 0 机械功率 Pmec< 0 转差功率 PS> 0
制动转矩
20 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 （3）超同步电动（S’<0)
αp
Ce
Ce
浙江大学电气工程学院
—交流电机调速理论与方法—
AB：①状态 BC：②状态 C以后：③状态，不能正常工作
4、串调系统的功率因数 功率因数低的原因： 逆变桥相位滞后，吸收无功 波形畸变 电动机、逆变变压器吸收无功 转差功率回馈，相当于电网吸收无功 例：调速范围2:1
2008-10-12
低速：0.4～0.5
—交流电机调速理论与方法—
14 大学电气工程学院 5、串调系统的起动 调速范围按0→nN设计的系统，可直接起动
—交流电机调速理论与方法—
停车次序：先断开电机侧电源，后断开逆变器侧交流电源
15 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 二、绕线式异步电机双馈调速系统 1、双馈调速的基本原理
浙江大学电气工程学院 （5）倒拉反转 电动（S’>1)
—交流电机调速理论与方法—
电磁功率 PM> 0 机械功率 Pmec< 0 转差功率 PS< 0
23 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 3、他控与自控 （1）他控式（也称同步工作方式）
—交流电机调速理论与方法—
浙江大学电气工程学院 三、双馈式变速恒频风力发电系统 1、绕线式异步电机 （1）系统结构
双馈电机原理
谢谢
17
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
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。
双馈发电机工作原理
第七章双馈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，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象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：一是可调节的励磁电流幅值；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，可改变发电机的转速，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移，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调节无功功率，还可以调节有功功率。
交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。
但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力发电机组均是采用此种控制策略。
一、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n称为同步转速，它与电网频率气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速11f 及电机的极对数p 的关系如下：pf n 1160=（3-1）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=（3-2）由式3-2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。
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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)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：
(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后有≈-=-s电机定子电流+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。
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。
不同之处在于：附加电势折算值以为负，随着附加电势折算值以的增大，系统新的转差率S’会随之增大，即电机转速降低。
(4)附加电势乩超前转子感应电势90度时的矢量关系如图1-1(e)所示。
出于附加电势折算值与转子感应电势的折算值s垂直，并不影响其垂直分量的大小，因此电机的转速不会发生变化，但转子合成电势s的相位却由于的引入而发生了变化。
由于电机转子的阻抗参数并不因为附加电势的引入而发生变化，所以转子侧功率因数角α不变。
这将导致转子电流的的相位跟随的相位变化而变化，从而间接改善电机定子侧功率因数角
图1-1各种附加电势对系统的影响
二．双馈调速电动机不同工作状态下的能量关系为了能够更清楚的描述异步电动机在双馈状态下运行的特性，有必要对电动机在不同工作状态下的能量关系进行分析。
为了简化分析过程，忽略异步电动机的铁耗、定子铜耗以及各种摩擦损耗，只研究电磁功率.机械功率和转差功率的流动方向，从能量的角度对电机运行过程中功率的传递问题进行分析，以确定其运行状态。
2．1低同步电动状态
在异步电动机的转子上加上一个与转子感应电势的相位相反的电压，在外加电压作用的瞬间，转子合成电势减小，导致电机转子电流减小，电动机的输出转矩减小，电机转速降低。
随着转差率的逐渐增大，转子合成电势逐渐增大，转子电流增加，电动机的输出转矩增加，达到新的平衡点，此时5∈(0，1)。
在忽略各种损耗的情况下，电磁功率功率流动方向从定子电源到电机；机械功率>0功率流动方向从电动机到负载机械；转差功率功率流动方向从电机到外加电源。
利用低同步电动状态的特性可以将转差功率回送电网，提高整个系统的效科”。
2．2超同步电动状态
在异步电动机的转子上加上一个与转子感应电势的相位相同的电压U2。
外加电压U2作用的瞬问，使转子合成电势增大，导致电机转速升高。
若U2增大到足以抵消电机原有感应电势，则电机转速会超过同步转速，转差率S<0。
此时
电磁功率功率流动方向从定子电源划电机；机械功率>0功率流动方向从电机到负载机械；转差功率功率流动方向从外加电源到电机。
三．系统方案
较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源，这就形成了功率变换单元CU2。
按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速下作电动状态运行的双馈调速系统如图所示，习惯上称之为电气串级调速系统（或称Scherbius系统）。
3.1 系统组成
UR —三相不可控整流装置，将异步电机转子相电动势sEr0 整流为直流电压Ud 。
UI —三相可控整流装置，工作在有源逆变状态：可提供可调的直流电压Ui ，作为电机调速所需的附加直流电动势；可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电网。
3.2绕线转子异步电动机双馈调速系统的仿真
绕线转子异步电动机在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。
在电动机运转时，转差功率大部分被串入的附加电势所吸收，利用产生附加电势的装置，把所吸收的这部分转差功率回馈给
电网，这样就使电动机在调速时有较高的效率，这种在绕线型异步电动机转子回路中串入附加电势的高效率的调速方法称为串级调速。
1．主电路仿真模型的建立与参数设置
主电路由三相电源、绕线转子异步电动机、桥式整流电路、电感、逆变器及逆变变压器组成。
异步电动机模块取Asynchronous Machine，参数设置：绕线转子异步电动机，线电压为380V，频率为50Hz,其他参数为默认值。
整流桥模块取Universal Bridge，参数设置为：电力电子器件为Diodes,其他参数为默认值。
逆变桥Universal Bridge参数设置：电力电子器件为Thyristors，其他参数亦为默认值。
平波电抗器取模块Series RLC Branch（路径为SimPowerSystems/Elements/Series RLC Branch），参数设置：电阻（Resistance）为0，电感（Inductance）为1e-3，电容（Capacitance）为inf。
2.控制电路仿真模型的建立与参数设置控制电路由给定信号（Constant模块）、PI调节器（Discrete PI Controller 模块）、比较信号（Sum模块）、同步6脉冲发生装置（3个Voltage Measurement模块、一个Synchronized 6-Pulse Generator模块封装而成，同直流调速系统仿真中同步6脉冲发生装置完全相同）、转速反馈信号（Gain模块）和电流反馈信号（Gain模块）等组成
3.给定信号参数设置为10。
转速调节器参数设置：
K p=0.1,ki=1, 上下限幅[10 －10]。
电流调节器参数设置：K p=0.1,ki=1, 上下限幅[10 －10]。
电流反馈系数为0.1，转速反馈系数为0.01。
从仿真结果看，在异步电动机转速上升阶段，定子电流波动比较大，当转速稳定下来后，定子电流也随之稳定。