王曉東
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從磁動(dòng)勢(shì)視角透析雙饋發(fā)電機(jī)的能量傳遞
王曉東
(新疆維吾爾自治區(qū)水利廳,烏魯木齊 830013)
雙饋發(fā)電機(jī)以其勵(lì)磁繞組采用空間三相對(duì)稱繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),勵(lì)磁電流采用幅值、頻率、相位均可變化的交流電流調(diào)節(jié)方式,使之具有不僅能夠充分利用轉(zhuǎn)子動(dòng)能,而且能夠相對(duì)獨(dú)立地調(diào)節(jié)有功、無(wú)功,并且還能大大減少對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),因而得到日益廣泛地應(yīng)用。本文從雙饋發(fā)電機(jī)等值電路和相量圖入手,通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)并遵循能量守恒原理對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)能量傳遞進(jìn)行分析探討。
雙饋發(fā)電機(jī) 相量圖 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 能量守恒 能量傳遞
雙饋發(fā)電機(jī)本體結(jié)構(gòu)與繞線式異步發(fā)電機(jī)相同,轉(zhuǎn)子三相繞組與定子繞組類似對(duì)稱分布排列,轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組采用對(duì)稱交流電勵(lì)磁且勵(lì)磁電壓的幅值、頻率、相位、相序均可調(diào)節(jié),故而與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組集中排列,直流勵(lì)磁且僅能調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓幅值的同步發(fā)電機(jī)比較,在進(jìn)行有功、無(wú)功調(diào)節(jié)時(shí),運(yùn)行性能更加優(yōu)越,而且隨著交流技術(shù)的日臻成熟,勢(shì)必得到更為廣泛地應(yīng)用。
雙饋發(fā)電機(jī)通常采用頻率自控式控制方式,如圖1所示。
若電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的電壓、電流分別按發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)慣例假定,則其等值電路如圖2所示。
根據(jù)等值電路圖,可得繞線式異步發(fā)電機(jī)基本方程式:
其中:為磁極對(duì)數(shù);1為定子每相繞組串聯(lián)總匝數(shù);N為轉(zhuǎn)子每相繞組串聯(lián)總匝數(shù);K為定子繞組系數(shù);K為轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)。
式中:
根據(jù)繞線式異步發(fā)電機(jī)基本方程式、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程式、電動(dòng)勢(shì)平衡方程式且忽略磁滯渦流損耗,可得相量圖如圖3所示。
若轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組加入交流勵(lì)磁電流且電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的電壓、電流依舊分別按發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)慣例假定,則其等值電路如圖5所示。
1)超同步工況(S<0)和亞同步工況(S>0)基本方程
從等值電路圖,可得出基本方程式:
2)同步工況(=0)基本方程
磁動(dòng)勢(shì)和電動(dòng)勢(shì)平衡方程相同前傳統(tǒng)繞線式異步發(fā)電機(jī)。
從雙饋發(fā)電機(jī)基本方程、磁動(dòng)勢(shì)平衡方程、電動(dòng)勢(shì)平衡方程,并按發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)慣例分別假設(shè)定子與轉(zhuǎn)子電壓、電流正方向,可得雙饋發(fā)電機(jī)三種運(yùn)行工況下的相量圖分別為圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)。
從圖6知:
類比傳統(tǒng)繞線式三相異步發(fā)電機(jī)空間相量分析,可分別得出雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)超同步、同步、亞同步三種運(yùn)行工況下的空間向量示意圖7(a)、圖7(b)以及圖7(c)。
由圖7并根據(jù)能量守恒可知:
本文從與雙饋發(fā)電機(jī)類似傳統(tǒng)繞線式異步發(fā)電機(jī)機(jī)入手,通過(guò)對(duì)雙饋發(fā)電機(jī)等值電路、基本方程、磁動(dòng)勢(shì)方程、電壓相量圖、空間向量磁動(dòng)勢(shì)的等效磁極圖,逐層分解、剖析并運(yùn)用能量守恒原理,試圖從磁勢(shì)獨(dú)特的視角透析雙饋發(fā)電機(jī)的能量傳遞的本源。
[1] 胡虔生. 電機(jī)學(xué)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社, 2005.
[2] 楊順昌. 異步化同步發(fā)電機(jī)[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2005.
Energy Transfer Analysis of DFIG From the Viewpoint ofMagnetomotive Force
Wang Xiaodong
(Xinjiang Water Resource Department, Wulumuqi 830013 , China)
TM37
A
1003-4862(2014)10-0070-04
2014-07-15
王曉東(1960-),男,碩士,高級(jí)工程師。研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化和電氣控制技術(shù)應(yīng)用。