双馈电机

电机本身是绕线转子感应电机或专门设计的无刷电机。双馈电机的定子接50 Hz工频电网，转子接自动调节频率的交流电源。随着交流励磁自动控制系统对转子励磁电流的频率、幅值大小和相位的调节，双馈电机在电动工况或发电工况下运行，转速都可以调节变化，而定子输出电压和频率可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。 解读词条背后的知识 电气新科技 媒体人,《电气技术》杂志社有限公司,科技领域爱好者

绕线转子无刷双馈电机漏感计算的新方法

合肥工业大学电气与自动化工程学院的研究人员阚超豪、李航程、任泰安、阮智玮，在2019年第19期《电工技术学报》上撰文，为准确计算和测定绕线转子无刷双馈电机漏感参数，该文根据绕组电流在电机内不同位置所建立漏磁场的不同特点，推导槽漏感、端部漏感、谐波漏感计算公式。求解槽漏感时建...

在电网电压发生跌落故障时会造成双馈电机定子磁链的振荡,使得定子磁链中出现较大的直流暂态分量 ,对不对称电网故障还会使其含有负序暂态分量。由于风力发电系统中双馈电机的转速通常较高,较高的转速相对于定子磁链中的直流分量和负序分量而言均形成较大的转差频率 ,这势必导致转子电路中电压、电流的升高,严重时会导致转子侧变流器保护动作甚至使其烧坏 。

电网电压跌落所激起的双馈电机电磁过渡过程进行定量分析的基础, 其中不难看出: 双馈电机的电磁过渡过程不仅受定子电压 usd 和 u sq的影响 ,而且还受转子侧所施加电压 u rd 和 u rq的影响 ,而转子侧电压则由转子侧变流器的具体控制策略决定 。

研究发现 : 电网故障发生时双馈电机的运行状态能够对其电磁过渡过程产生较大的影响 ,为此将分 2 种极端情况对双馈电机的电磁过渡过程受其运行状态影响的特性进行深入研究 。

1 忽略电流环动态响应时

在电网电压跌落时,为了迫使转子侧电流保持为其初始值不变 ,则转子侧必须施加频率为转速频率 ω r 的附加电压, 以抵消该频率反电动势的作用, 从而保持转子电流不变。通过电网电压跌落过程中定子电流表达式( 3) 和转子电压表达式( 2) 的运算不难发现: 为保持转子电流不变,所需对转子施加的端电压的最大值不仅受电网电压跌落程度的影响 , 而且也受双馈电机运行转速的影响,具体影响关系可用加以描述 。故障发生时刻双馈电机定子侧与电网之间交换的有功电流和无功电流的大小也对维持转子电流不变所需施加的转子端电压的最大值具有一定影响 。

对于相同的电压跌落度而言, 超同步转速运行状态比次同步转速运行状态更难控制,即需要转子侧变流器输出更高的转子端电压; 但无论是超同步转速运行还是次同步转速运行, 转速越接近同步转速点时, 由于需要控制的转子电压相对较低,因而转子电流的控制相对较为容易; 在相同转速的情况下, 电网电压跌落度越大,对转子电流控制时所需转子端电压也就越大 , 对转子电流的控制也就越困难 。在双馈电机的转速和定子电压跌落度不变的情况下 , 为对双馈电机转子电流进行控制, 所需施加的转子端电压随故障发生时刻的定子有功电流的增大几乎呈线性增加, 而随无功电流的增加几乎呈线性减小。这一现象表明 :在电网电压跌落发生时, 对重载双馈电机的控制比轻载时困难,而对无功功率的情况恰好相反, 即双馈电机从定子进行励磁时比从转子进行励磁时控制更加容易 。

2 转子端电压保持稳态值不变时

在分析双馈电机的运转状态对其过渡过程的影响时 , 还可从另一极端情况即转子端电压保持其稳态值不变时, 考察双馈电机的运行状态对其电磁过渡过程中转子电流峰值的影响。首先在相同运行状态下 ,考察故障发生时双馈电机的运转速度以及电压跌落度对其电磁过渡过程中转子电流峰值的影响 。

在相同功率和转子电压保持其稳态值不变的条件下, 在电压跌落所激起的双馈电机电磁过渡过程中, 转子电流的尖峰值随转速的升高略有增加,而随电压跌落度的增大其值有较大幅度的增加 。同样, 可以分析双馈电机定子侧与电网之间交换的有功功率和无功功率对其电磁过渡过程中转子电流峰值的影响 。

在相同电压跌落度、相同转速且转子端电压保持其稳态值不变的条件下, 在电压跌落所激起的双馈电机电磁过渡过程中 ,转子电流尖峰值随着定子有功电流的增加而增加 ,而随着定子无功电流的增加而减小 。

双馈电机在受到电网电压扰动时 ,在定子电路中产生以时间常数 τ s 衰减的直流暂态分量 ,与此同时 ,也在转子电路中产生以同样时间常数衰减且频率为转速频率 ω r 的交流暂态分量; 而转子电路状态的变化将使转子电流中出现以时间常数 τ r衰减的暂态直流分量 , 并且这一直流分量又会在定子电路中感应出频率为转速频率 ω r 且以同样时间常数 τ r 衰减的交流暂态分量 。由于定 、转子电路之间的耦合作用,在定子电路和转子电路中还会出现更高频率的谐波分量, 但因其幅值相对较低,暂不考虑 。

通过对电网电压跌落过程中双馈电机内部的电磁过渡过程的分析 ,深刻剖析了双馈电机内部的电磁过渡过程,揭示了电磁过渡过程的衰减特性和谐波特性。在此基础上分析了双馈电机的运行状态对其电磁过渡过程的影响, 分析表明 ,电网电压跌落所激起的双馈电机的电磁过渡过程不仅受故障发生时定子侧有功功率和无功功率的影响 ,而且受双馈电机运转速度的影响 。