1、第第 7 章章绕线转子异步电机双馈调速系统绕线转子异步电机双馈调速系统转差功率馈送型调速系统转差功率馈送型调速系统电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统内容提要内容提要n引言n异步电机双馈调速工作原理n异步电机在次同步电动状态下的双馈系统串级调速系统n异步电动机串级调速时的机械特性n串级调速系统的技术经济指标及其提高方案n双闭环控制的串级调速系统n*异步电机双馈调速系统l 交流调速系统按转差功率的分类 （1）转差功率消耗型异步电机采用调压控制等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低；但这类系统的结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。（2）转差功率不变型变频调速方法转差功
2、率很小，而且不随转速变化，效率较高；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。（3）转差功率馈送型控制绕线转子异步电动机的转子电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一些设备。前两章已分别讨论了转差功率消耗型和不变型两种调速方法，本章将讨论转差功率馈送型调速方法。返回目录返回目录7.1 异步电机双馈调速工作原理异步电机双馈调速工作原理 本节提要n概述n异步电机转子附加电动势的作用n异步电机双馈调速的五种工况l转差功率的利用 众所周知，作为异步电动机，必然有转差功率，要提高调速系统的效率，除了尽量减小转差功率外，还可
3、以考虑如何去利用它。但要利用转差功率，就必须使异步电动机的转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做到。7.1.0 概述概述l绕线转子异步电动机 PsP1 绕线转子异步电动机结构如图所示，从广义上讲，定子功率和转差功率可以分别向定子和转子馈入，也可以从定子或转子输出，故称作双馈电机。l 绕线转子异步电动机转子串电阻调速 根据电机理论，改变转子电路的串接电阻，可以改变电机的转速。转子串电阻调速的原理如图所示，调速过程中，转差功率完全消耗在转子电阻上。PmPmechPsl 双馈调速的概念 所谓“双馈”，就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子
4、绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相互传递。至于电功率是馈入定子绕组和/或转子绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电机的工况而定。l 双馈调速的基本结构功率变换单元功率变换单元电网K1M3 K2TI 如上图所示，在双馈调速工作时，除了电机定子侧与交流电网直接连接外，转子侧也要与交流电网或外接电动势相连。从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。l 功率变换单元 由于转子电动势与电流的频率随转速变化，即 f2=s f1，因此必须通过功率变换单元（Power Converter UnitCU）对不同频率的电功率进行电能变换。对于双馈系统来说，CU
5、应该由双向变频器构成，以实现功率的双向传递。l 双馈调速的功率传输（1）转差功率输出状态 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；CUP1PsM3 Pmech（2）转差功率输入状态 当电机以发电状态运行时，它被拖着运转，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。PsP1M3 CUPmech7.1.1 异步电机转子附加电动势的作用异步电机转子附加电动势的作用n异步电机运行时其转子相电动势为 式中 s 异步电动机的转差率；Er0 绕线转子异步电动机在转子不动时的相电动势，或称转子开路时电动
6、势，也就是转子额定相电压值。(7-1)n转子相电流的表达式为：式中 Rr 转子绕组每相电阻；Xr0 s=1时的转子绕组每相漏抗。(7-2)n 转子附加电动势 图图7-1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图附加电动势与转子电动势有相同的频率，可同相或反相串接。引入可控的交流附加电动势n有附加电动势时的转子相电流：如图7-1所示，绕线转子异步电动机在外接附加电动势时，转子回路的相电流表达式(7-3)n 转子附加电动势的作用1.Er 与 Eadd 同相l当 Eadd 时，使得：这里：转速上升；l2.当 Eadd ，使得：这里：转速下降；2.Er 与 Ea
7、dd反相 同理，若减少或串入反相的附加电动势，则可使电动机的转速降低。因此，在绕线转子异步电动机的转在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速调节电动机的转速。7.1.2 异步电机双馈调速的五种工况异步电机双馈调速的五种工况 n1、电机在次同步转速下作电动运行；n2、电机在反转时作倒拉制动运行；n3、电机在超同步转速下作回馈制动运行；n4、电机在超同步转速下作电动运行；n5、电机在次同步转速下作回馈制动运行。n 异步电机的功率关系 忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在任何工况下的功率关系都可写作（7-4）式中 Pm 从电机定子传
8、入转子（或由转子传 出给定子）的电磁功率，sPm 输入或输出转子电路的功率，即转 差功率，(1-s)Pm 电机轴上输出或输入的功率。由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，s 和 Pm 都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。1.电机在次同步转速下作电动运行l工作条件：转子侧每相加上与 Er0 同相的附加电动势+Eadd（Eadd Er0），并把转子三相回路连通。l运行工况：电机作电动运行，转差率为 0 s 1，从定子侧输入功率，轴上输出机械功率。l 功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1a）次同步速电动状态次同步速电动状态 2.电机在反转时作倒拉制动运行l工
9、作条件：轴上带有位能性恒转矩负载（轴上带有位能性恒转矩负载（这是进入这是进入倒拉制动运行的必要条件倒拉制动运行的必要条件），此时逐渐减少），此时逐渐减少 +Eadd 值，并使之反相变负，只要反相附加值，并使之反相变负，只要反相附加电动势电动势 Eadd 有一定数值，则电机将反转。有一定数值，则电机将反转。GRb T3 M3TnTLnOnTTLn0n0bac正向电动正向电动反接制动反接制动d回馈制动回馈制动运行运行反向电动反向电动l运行工况：电机进入倒拉制动运行状态，转差率 s 1，此时由电网输入电机定子的功率和由负载输入电机轴的功率两部分合成转差功率，并从转子侧馈送给电网。式（7-4）可改写作
10、 l 功率流程b）反转倒拉制动状态反转倒拉制动状态 Te012s-n-n1PmCU3.电机在超同步转速下作回馈制动运行l工作条件：进入这种运行状态的必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上，并使电机能在超过其同步转速n1的情况下运行。此时，如果处于发电状态运行的电机转子回路再串入一个与 sEr0 反相的附加电动势+Eadd，电机将在比未串入+Eadd 时的转速更高的状态下作回馈制动运行。l运行工况：电机处在发电状态工作，s 1，电机功率由负载通过电机轴输入，经过机电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。此时式（7-4）可改写成 l 功率流程c）超同步速回馈制动状态超同步速回馈制动状态-T
11、ePmCU4.电机在超同步转速下作电动运行l工作条件：设电机原已在 0 s 。由图7-4可以写出整流后的直流回路电压平衡方程式：或 式中，、UR与UI的电压整流系数，如两者都是三相桥式电路，则 n 工作原理（1）起动：）起动：l起动条件：对串级调速系统而言，起动应有足够大的对串级调速系统而言，起动应有足够大的转子电流转子电流 Ir 或足够大的整流后直流电流或足够大的整流后直流电流 Id，为此，转子整流电压为此，转子整流电压 Ud 与逆变电压与逆变电压 Ui 间应有间应有较大的差值。较大的差值。l 起动控制u 控制逆变角 ，使在起动开始的瞬间，Ud与 Ui 的差值能产生足够大的 Id，以满足所需
12、的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电动机就可在一定的动态转矩下加速起动。u 然后随着转速的增高，相应地增大 角以减小值 Ui，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定。（2）调速）调速l 调速原理：通过改变 角的大小调节电动机的转速。l调速过程：UiIdK1sEr0nTeTe=TLId（3）停车停车 串级调速系统没有制动停车功能，只能靠减小 角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。结结 论论n 1、串级调速系统能够靠调节逆变角 实现平滑无级调速；n 2、系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣除装置损耗后的转差功率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。返回目录返回目录7.3
13、异步电动机串级调速时的机械特性异步电动机串级调速时的机械特性本节提要n概述n异步电动机串级调速机械特性的特征n异步电动机串级调速时的转子整流电路n异步电动机串级调速机械特性方程式n概概 述述 在串级调速系统中，异步电动机转子侧整流器的输出量、分别与异步电动机的转速和电磁转矩有关。因此，可以从电动机转子直流回路着手来分析异步电动机在串级调速时的机械特性。7.3.1 异步电动机串级调速机械特性的特征异步电动机串级调速机械特性的特征1.理想空载转速理想空载转速n 在异步电动机转子回路串电阻调速时，其理想空载转速就是其同步转速，而且恒定不变，调速时机械特性变软，调速性能差。n 在串级调速系统中，电动机
14、的极对数与旋转磁场转速都不变，同步转速也是恒定的，但是它的理想空载转速却能够连续平滑地调节。根据式（7-5），当系统在理想空载状态下运行时（Id=0），转子直流回路的电压平衡方程式变成 其中，s0 异步电动机在串级调速时对应于某一 角的理想空载转差率，并取 K1=K2，则(7-6)理想空载转速方程由此可得相应的理想空载转速 n0 为：(7-7)式中 nsyn 异步电动机的同步转速。特性分析n 从式（7-6）和式（7-7）可知，在串级调速时，理在串级调速时，理想空载转速与同步转速是不同的想空载转速与同步转速是不同的。当改变逆变角 时，理想空载转差率和理想空载转速都相应改变。n 由式（7-5）还可
15、看出，在不同的 角下，异步电动机串级调速时的机械特性是近似平行的，其工作段类似于直流电动机变压调速的机械特性。2机械特性的斜率与最大转矩 串级调速时，转子回路中接入了串级调速装置（包括两套整流装置、平波电抗器、逆变变压器等），实际上相当于在电动机转子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它们的影响在任何转速下都存在。由于转子回路电阻的影响，异步电动机串级调速时的机械特性比其固有特性要软得多。转子回路电阻的影响n 当电机在最高速的特性上（=90）带额定负载，也难以达到其额定转速。n 整流电路换相重叠角将加大，并产生强迫延迟导通现象，使串级调速时的最大电磁转矩比电动机在正常接线时的最大转矩有明显的
16、降低。这样，串级调速时的机械特性便如图7-6所示。串级调速时的机械特性图图7-6 异步电动机串级调速时的机械特性a)大电机 b)小电机 从图7-5中可以看出，异步电动机相当于转子整流器的供电电源。如果把电动机定子看成是整流变压器的一次侧，则转子绕组相当于二次侧，与带整流变压器的整流电路非常相似，因而可以引用电力电子技术中分析整流电路的一些结论来研究串级调速时的转子整流电路。但是，两者之间还存在着一些显著的差异，主要是：7.3.2 异步电动机串级调速时的转子整流电路异步电动机串级调速时的转子整流电路（1）一般整流变压器输入输出的频率是一样的，而异步电动机转子绕组感应电动势的幅值与频率都是变化的，
17、随电机转速的改变而变化；（2）异步电动机折算到转子侧的漏抗值也与转子频率或转差率有关；（3）由于异步电动机折算到转子侧的漏抗值较大，所以出现的换相重叠现象比一般整流电路严重，从而在负载较大时会引起整流器件的强迫延迟换相现象。整流电路的不同点:1.转子整流电路图图7-7 转子整流电路转子整流电路 2.电路分析n假设条件：（1）整流器件具有理想的整流特性，管压降及漏电流均可忽略；（2）转子直流回路中平波电抗器的电感为无穷大，直流电流波形平直；（3）忽略电动机励磁阻抗的影响。n 换相重叠现象 设电动机在某一转差率下稳定运行，转子三相的感应电动势为 era、erb、erc。当各整流器件依次导通时，必有
18、器件间的换相过程，这时处于换相中的两相电动势同时起作用，产生换相重叠压降，如下图所示。换相重叠波形换相重叠压降换相重叠角 根据电力电子技术中介绍的理论，换相重叠角换相重叠角为n 换相重叠角（7-8）其中 XD0 s=1时折算到转子侧的电动机定子和转子每相漏抗。由式（7-8）可知，换相重叠角随着整流电流 Id 的增大而增加。n 1、当 Id 较小，在0 60之间时，整流电路中各整流器件都在对应相电压波形的自然换相点处换流，整流波形正常。n 2、当电流 Id 增大到按式（7-8）计算出来的 角大于60时，器件在自然换相点处未能结束换流，从而迫使本该在自然换相点换流的器件推迟换流，出现了强迫延强迫延
19、迟换相现象迟换相现象，所延迟的角度称作强迫延时强迫延时换相角换相角 p。由此可见，串级调速时的异步电动机转子整流电路有两种正常工作状态。n 转子整流电路的工作状态（1）第一种工作状态的特征是 0 60，p=0 此时，转子整流电路处于正常的不可控整流工作状态，可称之为第一工作区。（2）第二种工作状态的特征是 =60，0 p 30 这时，由于强迫延迟换相的作用，使得整流电路好似处于可控的整流工作状态，p 角相当于整流器件的控制角，这一状态称作第二工作区。（3）当 =30时，整流电路中会出现4个器件同时导通，形成共阳极组和共阴极组器件双换流的重叠现象，此后 p 保持为30，而 角继续增大，整流电路处
20、于第三种工作状态，这是一种非正常的故障状态。转子整流电流与、p 间的函数关系 图图7-8 转子整流电路的转子整流电路的 =f(Id)，p=f(Id)Id1-2*7.3.3 异步电动机串级调速机械特性方程式异步电动机串级调速机械特性方程式（略）（略）图710 串级调速系统a）主电路b）等效电路 1.电路结构本节提要n串级调速系统的效率n串级调速系统的功率因数及其改善途径n串级调速装置的电压和容量*7.4 串级调速系统的技术经济指标串级调速系统的技术经济指标 及其提高方案及其提高方案一一、串级调速系统的效率串级调速系统的效率图图7-11 串级调速系统效率分析串级调速系统效率分析a)系统的功率传递系
21、统的功率传递 b)系统的功率流程图系统的功率流程图 l 在串级调速时（图在串级调速时（图7-12a），），Ps未被全部消耗掉未被全部消耗掉，而是扣除了转子铜损，而是扣除了转子铜损 PCur、杂散损耗、杂散损耗 Ps 和附加的串级调速装置损耗和附加的串级调速装置损耗 Ptan 后通过转子整流器与逆后通过转子整流器与逆变器返回电网，这部分返回电网的功率称作变器返回电网，这部分返回电网的功率称作回馈功率回馈功率 Pf。l对整个串级调速对整个串级调速系统来说，它从电系统来说，它从电网吸收的净有功功网吸收的净有功功率应为率应为:lPin=P1 Pf 。n 串级调速系统效率及比较l串级调速系统的总效率串级
22、调速系统的总效率 (7-28)式中式中 p 是异步电动机定子和转子内的总损耗；是异步电动机定子和转子内的总损耗；ptan 附加的串附加的串级调速速传动(tandem drive)装置装置损耗耗。在串级调速系统中，当电动机的转速降低时，如果负载转在串级调速系统中，当电动机的转速降低时，如果负载转矩不变，矩不变，p 和和 ptan 都基本不变，式（都基本不变，式（7-28）分子和分母中）分子和分母中的项随着的增大而同时减少，对值的影响并不太大。的项随着的增大而同时减少，对值的影响并不太大。2、转子回路串电阻调速的效率、转子回路串电阻调速的效率 当电动机转子回路串电阻调速时，调速系统的效率是=其中，
23、Pm(1-s)项随s 的变化和串级调速时一样，而所串电阻越大时，pCus 越大，p 也越大，因而效率 R 越低，几乎是随着转速的降低而成比例地减少。l 效率的比较：效率的比较：p串级调速系统的总效率是比较高的，且当电动机转速降低时，sch 的减少并不多。p而绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速时的效率几乎随转速的降低而成比例地减少。图图7-12 电气串级调速系统与转子串电阻电气串级调速系统与转子串电阻调速系统调速系统 =f(s)的比较的比较 二、二、串级调速系统的功率因数串级调速系统的功率因数 串级调速系统的功率因数与系统所用的异步电动机、串级调速系统的功率因数与系统所用的异步电动机、不可控整
24、流器和逆变器三大部分有关：不可控整流器和逆变器三大部分有关：l 1、异步电动机、异步电动机本身的功率因数就会随着负载的减本身的功率因数就会随着负载的减轻而下降；轻而下降；l 2、转子整流器、转子整流器的换相重迭和强迫延迟导通等作用的换相重迭和强迫延迟导通等作用都会通过电机从电网吸收换相无功功率；都会通过电机从电网吸收换相无功功率；l 3、逆变器、逆变器的相控作用使其电流与电压不同相，也的相控作用使其电流与电压不同相，也要消耗无功功率。要消耗无功功率。三、三、串级调速装置的电压和容量串级调速装置的电压和容量 串级调速装置是指整个串级调速系统中除异步电动机以外为实现串级调速而附加的所有功率部件，包
25、括转子整流器、逆变器和逆变变压器。从经济角度出发，必须正确合理地选择这些附加设备的电压和容量，以提高整个调速系统的性能价格比。n 1、整流器和逆变器容量 选择主要依据其电流与电压的定额。l 电流定额决定于异步电动机转子的额定电流IrN和所拖动的负载；l 电压定额则决定于异步电动机转子的额定相电压（即转子开路电动势 Er0）和系统的调速范围 D。这里，其中，n0min 是调速系统的最低转速，对应于最大理想空载转差率 s0max，由式（7-7）可得（7-31）调速范围越大时，s0max也越大，整流器和逆变器所承受的电压越高。n 2、逆变变压器的容量 l逆变变压器的二次侧相电压 l逆变变压器的容量计
26、算返回目录返回目录7.5 双闭环控制的串级调速系统双闭环控制的串级调速系统 由于串级调速系统机械特性的静差率较大，由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。的场合。为了提高静态调速精度，并获得较好的动态为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，特性，须采用闭环控制，和直流调速系统一样和直流调速系统一样，通常采用通常采用具有电流反馈与转速反馈具有电流反馈与转速反馈的双闭环控制的双闭环控制方式。方式。7.5.1 双闭环控制串级调速系统的组成双闭环控制串级调速系统的组成图图7-13 双闭环控制的
27、串级调速系统双闭环控制的串级调速系统 n 系统结构n 控制环节说明 转速反馈信号转速反馈信号取自异步电动机轴上联接的取自异步电动机轴上联接的测速发电测速发电机机；电流反馈信号电流反馈信号取自逆变器交流侧的电流互感器，取自逆变器交流侧的电流互感器，也可也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出输出电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为 =min。n 系统比较系统比较l 图图713所示的系统与直流不可逆双闭环调所示的系统与直流不可
28、逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。l 所不同的是它的控制作用都是通过异步电动所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。机转子回路实现的。7.6 串级调速系统的起动方式串级调速系统的起动方式 串级调速系统是依靠逆变器串级调速系统是依靠逆变器提供附加电动势而工作的提供附加电动势而工作的，为了使系统工作正常，对系统的起动与停车控制必须有合理为了使系统工作正常，对系统的起动与停车控制必须有合理的措施予以保证。的措施予以保证。总的原则总的原则:1、在起动时必须使逆变器先电机而接上电网；、在起动时必须使逆变器先电机而接上电网；2、停
29、车时则比电机后脱离电网；、停车时则比电机后脱离电网；以防止逆变器交流侧断电，使晶闸管无法关断，造成逆以防止逆变器交流侧断电，使晶闸管无法关断，造成逆变器的短路事故。变器的短路事故。串级调速系统的起动方式通常有串级调速系统的起动方式通常有间接起动和直接起动间接起动和直接起动两两种。种。一、间接起动一、间接起动 为了使串级调速装置不受过电压损坏，须采为了使串级调速装置不受过电压损坏，须采用用间接起动间接起动方式；方式；1、将电动机转子先接入电阻或频敏变阻器、将电动机转子先接入电阻或频敏变阻器起动；起动；2、转速升高到串级调速系统的设计最低转速、转速升高到串级调速系统的设计最低转速时，才把串级调速装
30、置投入运行。时，才把串级调速装置投入运行。间接起动控制原理图 图图714串级调速系统间接起动控制原理图串级调速系统间接起动控制原理图1、间接起动操作顺序：、间接起动操作顺序：（1）先合上装置电源总开关）先合上装置电源总开关S，使逆变器在使逆变器在 min 下等待工作。下等待工作。（2）然后依次接通接触器）然后依次接通接触器K1，接入起动电阻接入起动电阻R，再接通，再接通K0，把，把电机定子回路与电网接通，电动电机定子回路与电网接通，电动机便以转子机便以转子串电阻的方式起动。串电阻的方式起动。（3）待起动到所设计的）待起动到所设计的nmin（smax）时接通）时接通K2，使电动机转，使电动机转子
31、接到串级调速装置，同时断开子接到串级调速装置，同时断开K1，切断起动电阻，此后电动机，切断起动电阻，此后电动机就可以就可以串级调速的方式串级调速的方式继续加速继续加速到所需的转速运行。到所需的转速运行。2、停车操作顺序、停车操作顺序 （1）由于没有制动作用，应）由于没有制动作用，应先断开先断开K2，使电动机转子回路与，使电动机转子回路与串级调速装置脱离；串级调速装置脱离；（2）再断开）再断开K0，以防止当，以防止当K0断断开时在转子侧感生断闸高电压而开时在转子侧感生断闸高电压而损坏整流器与逆变器。损坏整流器与逆变器。二、直接起动二、直接起动 n 直接起动又称串级调速方式起动。直接起动又称串级调
32、速方式起动。n 在起动控制时：在起动控制时：n 第一步：先让逆变器接通交流电网；第一步：先让逆变器接通交流电网；n 第二步：然后让电动机的定子与交流电网接通（此第二步：然后让电动机的定子与交流电网接通（此时转子呈开路状态，可防止因电动机起动时的合闸过电时转子呈开路状态，可防止因电动机起动时的合闸过电压通过转子回路损坏整流装置）；压通过转子回路损坏整流装置）；n 第三步：最后再使转子回路与整流器接通。第三步：最后再使转子回路与整流器接通。直接起动操作顺序 （1）接触器的工作顺序为接触器的工作顺序为 SK0K2，此时不需要起此时不需要起动电阻。当转子回路接通时，由于转子整流电压小于逆变动电阻。当转
33、子回路接通时，由于转子整流电压小于逆变电压，直流回路无电流，电动机尚不能起动。电压，直流回路无电流，电动机尚不能起动。（2）待发出给定信号后，随着待发出给定信号后，随着 的增大，逆变电压降的增大，逆变电压降低，产生直流电流，电动机才逐渐加速，直至达到给定转低，产生直流电流，电动机才逐渐加速，直至达到给定转速。速。返回目录返回目录 7.7 绕线转子异步风力发电机组绕线转子异步风力发电机组 l 风风能能是是一一种种重重要要的的可可再再生生能能源源，利利用用风风力力发发电电具具有有清清洁洁、无无污污染染且且占占地地小小等等独独特特优优点点，因因此此风风力力发发电电技技术术已已成成为为当当前前运运动动
34、控控制制学学科科研研究究的的一一个个热热点点。风风能能具具有有随随机机性性和和间间歇歇性性的的特特点点，风风速速往往往往是是在在不不停停的的变变化化之之中中，而而且且变变化化范范围围很很大大，因因此此风风力力发发电电机机组组的的转转速速与与输输出出电电功功率率也也会会随随之之变变化化，当当风风力力发发电电机机组组与与电电网网并并联联运运行行时时，必必须须要要求求风风力力发发电电机机组组发发出出的的电电能能频频率率与与相相位位和和电电网网频频率与相位保持一致率与相位保持一致。l 绕线转子子异异步步发电机机可可作作为变速速恒恒频风力力发电机机组组，发电机机定定子子绕组直直接接与与电网网连接接，转子
35、子绕组由由滑滑环引引出出后与后与转子子侧变频器器连接。接。l 通通过转子子回回路路中中的的变频器器控控制制转差差功功率率的的大大小小和和流流向向来来实现变速速恒恒频，实现发电机机组的的并并网网运运行行，见图7-15。l 转子子侧和和电网网侧变频器器均均采采用用PWM四四象象限限变频器器，则转差差功功率率可可以以由由转子子输出出至至电网网或或由由电网网输入入转子子，发电机机运运行行在在超超同同步步回回馈制制动状状态或或次次同同步步回回馈制制动状状态，大大拓，大大拓宽了了风力力发电机的速度范机的速度范围。绕线转子异步风力发电机组原理图绕线转子异步风力发电机组原理图图图7-15 绕线转子异步风力发电
36、机组原理图绕线转子异步风力发电机组原理图l 当风速较低时当风速较低时：l 发电机转速发电机转速n小于定子旋转磁场同步转速小于定子旋转磁场同步转速n1，电网侧变电网侧变频器处于整流工作状态而转子侧变频器处于逆变状态频器处于整流工作状态而转子侧变频器处于逆变状态，电，电网通过变频器向转子网通过变频器向转子输入转差功率输入转差功率Ps=sP1，若转子轴上输，若转子轴上输入机械功率为入机械功率为Pmech，则发电机定子输出电功率，则发电机定子输出电功率:转子轴上输入机械功率转子轴上输入机械功率Pmech和转子绕组输入电功率和转子绕组输入电功率Ps都通过定子绕组馈送到电网。都通过定子绕组馈送到电网。l 当风速较高时：当风速较高时：l 发电机转速发电机转速n大于定子旋转磁场同步转速大于定子旋转磁场同步转速n1，转子侧变频转子侧变频器处于整流工作状态而电网侧变频器处于逆变状态器处于整流工作状态而电网侧变频器处于逆变状态，此时发，此时发电机转子电机转子输出转差功率输出转差功率Ps=sP1，其中，其中s0,转子轴上输入机械转子轴上输入机械功率为功率为Pmech，则发电机定子输出电功率，则发电机定子输出电功率:转子轴上输入机械功率转子轴上输入机械功率Pmech通过定子绕组和转子绕组馈通过定子绕组和转子绕组馈送到电网。送到电网。
