第七章 双馈风力发电机工作原理
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=
（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：
p
f n 2
260=
（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。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3-3，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
（3-3）
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 12
260
==
（3-4）
公式3-4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。 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。
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3-1所示：
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)()(
（3-5）
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。
普通的绕线转子电机的转子侧是自行闭合的，
根据基尔霍夫电压电流定律可以写出普通绕线式转子电机的基本方程式：
?????????-=-==???
? ??+=+--=m
m m I I I jX I E E jX s R I E jX R I E U '21'21'2'
2'2'2
11111)()( （3-6）
从等值电路和两组方程的对比中可以看出，双馈电机就是在普通绕线式转子电
机的转子回路中增加了一个励磁电源，恰恰是这个交流励磁电源的加入大大改善了双馈电机的调节特性，使双馈电机表现出较其它电机更优越的一些特性。下面我们根据两种电机的基本方程画出各自的矢量图，从矢量图中说明引入转子励磁电源对有功和无功的影响。
从矢量图中可以看出，对于传统的绕线式转子电机，当运行的转差率s 和转子
参数确定后，定转子各相量相互之间的相位就确定了，无法进行调整。即当转子的转速超过同步转速之后，电机运行于发电机状态，此时虽然发电机向电网输送有功功率，但是同时电机仍然要从电网中吸收滞后的无功进行励磁。但从图3-4中可以
看出引入了转子励磁电压之后，定子电压和电流的相位发生了变化，因此使得电机的功率因数可以调整，这样就大大改善了发电机的运行特性，对电力系统的安全运行就有重要意义。
二、 双馈发电机的功率传输关系
风力机轴上输入的净机械功率（扣除损耗后）为mech 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。2P 又称为转差功率，它与定子的电磁功率存在如下关系：
12P s P =
如果将2P 定义为转子吸收的电磁功率，那么将有：
12sP P =
此处s 可正可负，即若0>s ，则02>P ，转子从电网吸收电磁功率，若0
下面考虑发电机超同步和亚同步两种运行状态下的功率流向：
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）。
根据图中的功率流向和能量守恒原理，流入的功率等于流出的功率
111)1(P s P s P P mech +=+=
因为发电机超同步运行，所以0
1)1(P s P mech -=
将上述式子归纳得：超同步速，0
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）
根据图中3-7以及能量守恒原理，流入的功率等于流出的功率：
11P P s P mech =+
因为发电机亚同步运行，所以0>s ，所以上式可进一步写成：
1)1(P s P mech -=
将上述式子归纳得到，亚同步速，0>s ，2P P mech <
三、 双馈电机的数学模型
上一节，我们从双馈电机的稳态等效电路以及功率流向的角度分析了双馈电机的工作原理，但这对于控制来说是远远不够的，本节我们将从数学模型的角度来分析双馈电机，为下一步的控制做准备。
双馈电机的数学模型与三相绕线式感应电机相似，是一个高阶、非线性、强耦
合的多变量系统。为了建立数学模型，一般作如下假设：
1. 三相绕组对称，忽略空间谐波，磁势沿气隙圆周按正弦分布
2. 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是线性的
3. 忽略铁损
4. 不考虑频率和温度变化对绕组的影响。 在建立基本方程之前，有几点必须说明：
1. 首先要选定好磁链、电流和电压的正方向。图3-9所示为双馈电机的物理模
型和结构示意图。图中，定子三相绕组轴线A 、B 、C 在空间上是固定，a 、b 、c 为转子轴线并且随转子旋转，r θ为转子a 轴和定子A 轴之间的电角度。它与转子的机械角位移m θ的关系为p r m n /θθ=，p n 为极对数。各轴线正方向取为对应绕组磁链的正方向。定子电压、电流正方向按照发电机惯例标示，正值电流产生负值磁链；转子电压、电流正方向按照电动机惯例标示，正值电流产生正值磁链。
2. 为了简单起见，在下面的分析过程中，我们假设转子各绕组各个参数已经折
算到定子侧，折算后定、转子每相绕组匝数相等。
于是，实际电机就被等效为图3-9所示的物理模型了。双馈电机的数学模型包括电压方程、磁链方程、运动方程、电磁转矩方程等。
3.1 电压方程
选取下标s 表示定子侧参数，下标r 表示转子侧参数。定子各相绕组的电阻均取
值为s r ，转子各相绕组的电阻均取值为r r 。 于是，交流励磁发电机定子绕组电压方程为： A A s A D i r u ψ+-=
B B s B D i r u ψ+-=
C C s C
D i r u ψ+-=
转子电压方程为： a a r a D i r u ψ+=
b b r b D i r u ψ+=
c c r c D i r u ψ+=
可用矩阵表示为：
???
???
???
???
???
??
???+???????????????????????????????
?????????---=????????????????????c b a C B A c b a C B A r r r s s s c b a C B A D D D D D D i i i i i i r r r r r r u u u u u u ψψψψψψ0
00000
000000000000000000000 （3-7）
或写成：
DψRi u +=
式中： c u u u u u u b a C B A 、、、、、 ——定子和转子相电压的瞬时值； c i i i i i i b a C B A 、、、、、
——定子和转子相电流的瞬时值；
c ψψψψψψ、、、、、b a C B A ——各组绕组的全磁链；
r s r r 、 ——定子和转子的绕组电阻
D ——微分算子
dt
d
3.2 磁链方程
定转子各绕组的合成磁链是由各绕组自感磁链与其它绕组互感磁链组成，按照
上面的磁链正方向，磁链方程式为：
?????????
?
??????????????????????
???
???
?
?------------------=????????????????????c b a C B A cc cb
ca
cC
cB
cA bc bb ba bC bB bA ac ab aa aC aB aA Cc Cb Ca CC CB CA Bc Bb Ba BC BB BA Ac Ab Aa AC AB AA c b a C B A i i i i i i L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L ψψψψψψ （3-8）
或写成：
Li ψ=
式中的电感L 是个6*6的矩阵，主对角线元素是与下标对应的绕组的自感，其
他元素是与下标对应的两绕组间的互感。
由于各相绕组的对称性，可认定定子各相漏感相等，转子各相漏感也相等，定
义定子绕组每相漏感为ls L ，定子每相主电感为ms L ，转子绕组每相漏感为lr L ，转子每相主电感为mr L ，由于折算后定、转子绕组匝数相等，且各绕组间互感磁通都通过气隙，磁阻相等，故可认为：mr ms L L =。 定子各相自感为：
ms ls CC BB AA L L L L L +===
转子各相自感为：
mr lr cc bb aa L L L L L +===
两相绕组之间只有互感。互感可分为两类：
1. 定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的位置是固定的，故互感为常值
2. 定子任一相和转子任一相之间的位置是变化的，互感是r θ的函数
先看其中的第一类互感，由于三相绕组的轴线在空间的相位差是o 120，在假设气隙磁通为正弦分布的条件下，忽略气隙磁场的高次谐波，互感为：
ms o ms L L 2
1
)120cos(-=
于是：
mr
ac cb ba ca bc ab ms
AC CB BA CA BC AB L L L L L L L L L L L L L L 2
1
2
1
-======-======
至于第二类定、转子间的互感，当忽略气隙磁场的高次谐波，则可近似为是定、转子绕组轴线电角度r θ的余弦函数。当两套绕组恰好在同一轴线上时，互感有最大
值sr L （互感系数），于是：
r sr cC Cc bB Bb aA Aa L L L L L L L θcos ======
??? ??
+======πθ32cos r sr cB Bc aC Ca bA Ab L L L L L L L
??? ?
?
-======πθ32cos r sr bC Cb aB Ba cA Ac L L L L L L L
代入磁链方程，就可以得到更进一步的磁链方程。这里为方便起见，将他写成分块矩阵的形式：
??
?
?????????--=??????abc ABC rr rs
sr ss
abc ABC i i L L L L ψψ 其中： []T C B A ABC ψψψψ=；
[]T c b a abc ψψψψ=；
[]T
C B A ABC i i i i =；
[]T
c b
a
abc i i i i =；
??
?
?????????????
+---+---
+=ls ms ms ms ms ls ms ms
ms ms ls ms ss L L L L
L L L L L L L L L 21212
1212121
??
?????
?????????
+-
--+---
+=lr mr
mr mr mr lr mr mr
mr mr lr mr rr L L L L
L L L L L L L L L 2
12
121212121
????????
???????
?????? ??+??? ??-??? ??
-??? ??+??? ??
+??? ??-==r
r r r r r r r r sr T
rs
rs L L L θπθπθπθθπθπθπθθcos 32cos 32cos 32cos cos 32cos 32cos 32cos cos
rs L 和sr L 两个分块矩阵互为转置，且与转角位置r θ有关，他们的元素是变参
数，这是系统非线性的一个根源。为了把变参数转化为常参数需要进行坐标变换，这将在后面讨论。
需要注意的是：
1. 定子侧的磁链正方向与电流正方向关系是正值电流产生负值磁链，不同
于一般的电动机惯例，所以式3-8中出现了负号“-”；
2. 转子绕组经过匝数比变换折算到定子侧后，定、转子绕组匝数相等，且
各绕组间互感磁通都通过气隙，磁阻相同，故可以认为转子绕组主电感、定子绕组主电感与定转子绕组间互感系数都相等。即sr mr ms L L L ==
3.3 运动方程
交流励磁电机内部电磁关系的建立，离不开输入的机械转矩和由此产生的电磁转矩之间的平衡关系。简单起见，忽略电机转动部件之间的摩擦，则转矩之间的平衡关系为：
dt
d n J T T p
e m ω
+
= （3-9）
式中，m T 为原动机输入的机械转矩，e T 为电磁转矩，J 为系统的转动惯量，p
n 为电机极对数，ω为电机的电角速度。
从磁场能量根据机电能量转换原理，可以得出电磁转矩方程：
??
?
?????+??=r r sr
T s s r rs T r p e i L i i L i n T θθ21
=()()()?
????
?????????? ??-++++??? ?
?++++++-πθπθθ32sin 32sin sin r b C a B c A r a C c B b A r c
C b B a A sr p i i i i i i i i i i i i i i i i i i L n
应该指出，上述公式是在磁路为线性、磁场在空间按正弦分布的假定条件下得出的，但对定、转子的电流波形没有任何假定，它们都是任意的。因此，上述电磁转矩公式对于研究由变频器供电的三相转子绕组很有实用意义。
上述若干式子构成了交流励磁发电机在三相静止轴系上的数学模型。可以看出，该数学模型即是一个多输入多输出的高阶系统，又是一个非线性、强耦合的系统。分析和求解这组方程式非常困难的，即使绘制一个清晰的结构图也并非易事。为了使交流励磁电机具有可控性、可观性，必须对其进行简化、解耦，使其成为一个线性、解耦的系统。其中简化、解耦的有效方法就是矢量坐标变换。
四、 坐标变换及变换阵
4.1 交流电机的时空矢量图
根据电路原理，凡随时间作正弦变化的物理量（如电动势、电压、电流、磁通
等）均可用一个以其交变频率作为角速度而环绕时间参考轴（简称时轴t ）逆时针旋转的时间矢量（即相量）来代替。该相量在时轴上的投影即为缩小2倍的该物理量的瞬时值。我们这里介绍的时空矢量图表示法是一种多时轴单相量表示法，即每相的时间相量都以该相的相轴作为时轴，而各相对称的同一物理量用一根统一的
时间向量来代表。如图3.10所示，只用一根统一的电流相量1I （定子电流）即可代表定子的对称三相电流。不难证明，1I 在A 上的投影即为该时刻A i 瞬时值的2/1倍；在B 上的投影即为该时刻B i 瞬时值的2/1倍；在C 上的投影即为该时刻C i 瞬时值的2/1倍
有了统一时间相量的概念，我们就可以方便地将时间相量跟空间矢量联系起来，
将他们画在同一矢量图中，得到交流电机中常用的时空矢量图。在图3-11所示的时空矢量图中，我们取各相的相轴作为该相的时轴。假设某时刻m A I i +=达到正最大，则此时刻统一相量A I 应与A 重合。据旋转磁场理论，这时由定子对称三相电流所生
成的三相合成基波磁动势幅值应与A 重合，即1F 应与A 重合，亦即与1I 重合。由于时间相量1I 的角频率ω跟空间矢量1F 的电角速度1ω相等，所以在任何其他时刻，
1F 与1I 都始终重合。为此，我们称1I 与由它所生成的三相合成基波磁动势1F 在时空图上同相。在考虑铁耗的情况下，1B 应滞后于1F 一个铁耗角Fe α，磁通相量m Φ 与1
B 重合。定子对称三相电动势的统一电动势相量1
E 应落后于m Φ 为90度。 由电机学我们知道，当三相对称的静止绕组A 、B 、C 通过三相平衡的正弦电流
A i 、
B i 、c i 时产生的合成磁势F ，它在空间呈正弦分布，并以同步速度ω（电角速
度）顺着A 、B 、C 的相序旋转。如图3-12-a 所示，然而产生旋转磁势并不一定非要三相电流不可，三相、四相等任意多相对称绕组通以多相平衡电流，都能产生旋转磁势。如图3-12-b 所示，所示为两相静止绕组α、β，它们在空间上互差90度，当它们流过时间相位上相差90度的两相平衡的交流电流αi 、βi 时，也可以产生旋转磁动势。当图3-12-a 和图3-12-b 的两个旋转磁动势大小和转速都相等时，即认为图3-12-a 中的两相绕组和图3-12-b 中三相绕组等效。再看图3-12-c 中的两个匝数相等且相互垂直的绕组d 和q ，其中分别通以直流电流d i 和q i ，也能够产生合成磁动势F ，但其位置相对于绕组来说是固定的。如果让包含两个绕组在内的整个铁芯以ω转速旋转，则磁势F 自然也随着旋转起来，称为旋转磁势。于是这个旋转磁势的大小和转速与图3-12-a 和图3-12-b 中的磁势一样，那么这套旋转的直流绕组也就和前两套固定的交流绕组等效了。
当观察者站在图c 中的两相旋转绕组d 、q 铁芯上与绕组一起旋转时，在观察者
看来这时两个通以直流电流的相互垂直的静止绕组。这样就将对交流电机的控制转化为类似直流电机的控制了。
在交流励磁电机中，定子三相绕组、转子三相绕组都可以等效成这样的两相旋
转绕组。由于相互垂直的原因，定子两相轴之间和转子两相轴之间都没有互感，又由于定子两相轴与转子两相轴之间没有相对运动（因为定、转子磁势没有相对运动），其互感必然是常数。因而在同步两相轴系电机的微分方程就必然是常系数，这就为使用距阵方程求解创造了条件。
习惯上我们分别称图a,b,c 中三种坐标系统为三相静止坐标系（a-b-c 坐标系）、
两相静止坐标系（0--βα坐标系），两相旋转坐标系（d-q-0坐标系）。要想以上三种坐标系具有等效关系，关键是要确定A i 、B i 、C i 与αi 、βi 和d i 、q i 之间的关系，以保证它们产生同样的旋转磁动势，而这就需要我们引入坐标变换矩阵。
坐标变换的方法有很多，这里我们只介绍根据等功率原则构造的变换阵，可以
证明根据等功率原则构造的变换阵的逆与其转置相等，这样的变换阵属于正交变换。
4.2 3S/2S 变换
图3.4所示为交流电机的定子三相绕组A 、B 、C 和与之等效的两相电机定子绕
组βα、各相磁势的空间位置。当两者的旋转磁场完全等效时，合成磁势沿相同轴向的分量必定相等，即三相绕组和两相绕组的瞬间磁势沿βα、轴的投影相等，即：
即：
34sin
32sin 03
4cos 32cos
3323332π
πππβαC B s C B A s i N i N i N i N i N i N i N ++=++=
式中，3N 、2N 分别为三相电机和两相电机定子每相绕组匝数。经计算并整理后，用距阵表示为：
?????
????????????????
?
--
-=??????C B A s s i i i N N i i 232302121123βα （3.3.1）
简记为：i C i
s s 23>-= 为求其逆变换，引入另一个独立于s i α、s i β的新变量0i ，称之为零序电流，并定义：
)(2
3
0C B A Ki Ki Ki N N i ++=
（3.3.2）
式中,K 为待定系数。
双馈式风力发电机剖析
双馈式风力发电机 【摘要】随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。 关键词：风能风力发电变速恒频双馈式发电机 一、风力发电 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。 风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13~25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）
简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向
题目：简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向 一、双馈异步发电机及其工作原理 1、双馈异步发电机 双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，是变频风力发电机组的核心部分，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。该发电机主要有电机本体和冷却系统两大部分组成。电机本体有定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。 双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成“柔性连接”，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。 2、双馈异步发电机的工作原理 根据电机学理论，在转子三相对称绕组中通入三相对称的交流电，将在电机气隙间产生磁场，此旋转此磁场的转速与所通入的交流电的频率及电机的极对数p 有关。 p f n 2260= （1-1） 式（1-1）中，2n 为转子中通入频率为 2f 的三相对称交流励磁电流后所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度（r/min ）。 从式（1-1）中可知，改变频率2f ,即可改变2n 。因此若设1n 为对应于电网频率50Hz （Hz f 502=）时发电机的同步转速，而n 为发电机转子本身的旋转速 度，只要转子旋转磁场的转速与转子本身的机械速度n 相加等于定子磁场的同步旋转速度1n ,即 12n n n =+ （1-2） 则定子绕组感应出的电动势的频率将始终维持为电网频率1f 不变。式（1-2）中，当2n 与n 旋转方向相同时，2n 取正值，当2n 与n 旋转方向相反时，2n 取负值。
风力发电并网方式的
科技信息 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2013年第7期0引言 当今石化能源的日益匮乏，社会的发展对能源的需求不断增加。 风能作为一种清洁可再生能源越来越受到世界各国的重视。近年来风 力发电在国内外都得到了突飞猛进的发展。但由于风能的随机性和不 稳定性，在其发展的过程中也出现很多问题，其中风力发电并网难最 为突出。风电并网技术成为风力发电领域研究的重难点问题。如何将 并网瞬时冲击电流降低到最小规范值，进一步保证并网后系统电压稳 定是当今研究的重点方向。本文对并网技术问题进行相关研究，提出 并网运行方式并进行分析比较。1风力发电并网运行的分析随着风力发电的快速发展，风电场的并网已成为必然的途径。从风电问世以来，风力发电经历了独立运行方式、恒速恒频运行方式、变速恒频运行方式。当今变速恒频发电系统已成为主流，但风力发电并 网仍是热点的研究话题。 不管是哪一种发电类型，并网总是以保证电力系统稳定性为基本 原则。风力发电相比于火力发电和水力发电，由于其不稳定性需要更 精确的并网控制技术。并网运行时，需满足：（1）电压幅值与电网侧电 压幅值相等；（2）频率与电网侧频率相同；（3）电压相角差为零；(4)电压 波形及相位与电网侧的电压波形及相位保持一致。这样保证了并网时 冲击电流理想值为零。否则，若并网产生很大的瞬时冲击电流，不仅损 坏电力设备，更严重的是使电力系统发生震荡，威胁到电力系统稳定 性。 从大的方向看，风力发电系统并网分为恒速恒频风力发电机并网 和变速恒频风力发电机并网。恒速恒频并网运行方式为风力发电机的 转子转速不受风速的影响，始终保持与电网频率相同的转速运行。虽 然其结构简单、运行可靠，但是对风能的利用率不高，机械硬度高，而 且发电机输出的频率完全取决与转速，如控制不好，并网时会发生震 荡、失步，产生很大的冲击电流。所以恒速恒频系统已逐渐退出人们的 视线。随着电力电子技术的日益成熟，以变速恒频并网运行方式取而 代之。变速恒频风力发电并网系统是发电机转速随着风速的变化而变 化，系统通过电力电子变化装置，使机组输出的电能频率控制在与电 网频率一致。变速恒频并网方式减少了机组的机械应力，充分的利用 风能源，使发电效率大大提高；并网时通过精确合理地控制电力电子 变换器，使得并网更加稳定，降低系统因冲击电流过大使电网电压降 低从而破坏电力系统稳定性。2变速恒频双馈发电机并网 目前，并网型的变速恒频风力发电机组主要采用双馈发电机和永 磁同步发电机。 变速恒频双馈发电机的并网原理图如图1所示。 双馈发电机并网的工作原理为当风速变化时，发电机的转子励磁回路由双PWM 变频器控制转子励磁电流的频率，转子转速与励磁电流频率合成定子电流频率。调节励磁电流频率，使定子电流频率始终与电网频率保持一致。电机转动频率、定、转子绕组电流频率的关系式为：f 1=pn 60±f 2式中：f 1为定子电流频率，f 2为转子电流频率，n 为转子转速。双馈发电机既可以同步运行也可以异步运行，通过精确地控制双PWM 变频器，可以实行“柔性并网”，大大提高并网的成功率。一般双馈发电机 并网的结构相对复杂，大多采用多级齿轮箱双馈异步风力发电机组。 当自然风速使得风力发电机转子转速频率与电网频率相同时，风力发 电机同步运行；当风力发电机的转速小于或者大于电网频率时，风力 发电机异步运行，通过双向变频器实现发电机组转子与电网的功率交 换，保证输出频率与电网侧保持一致。在异步运行程中，不仅有励磁损 耗，而且还要从电网吸收无功功率，所以需在并网侧安装无功补偿器。图1变速恒频双馈发电机的并网原理图3直驱式永磁同步发电机并网变速恒频永磁同步发电机并网原理图如图2所示。图2变速恒频永磁同步发电机并网原理图 直驱式永磁同步发电机并网的原理为当风速改变时，发电机输出不同频率的交流电，经过不可控整流电路将交流电变成直流电，再经过DC/DC 直流斩波让直流电压幅值保持压稳定。以逆变器为核心，采用IGBT 作为开关器件构成全桥逆变电路，将整流器输出的直流电逆变成与电网侧电压相角、幅值、相位、频率相同的交流电。逆变有时会产生一定的电压谐波污染和冲击电流，这时必须有效（下转第92页）风力发电并网方式的研究 张伟亮潘敏君韦大耸陈富玲 （贺州学院机械与电子工程学院，广西贺州542800） 【摘要】通过分析风力发电系统并网方式的原理，针对风力发电并网难的问题，提出利用直驱式永磁同步发电机实现风力发电并网。直驱式永磁同步发电机并网比传统的恒速恒频并网方式更加稳定。 【关键词】风力发电；并网运行；恒速恒频；变速恒频 Study on wind Power Grid-connected Mode ZHANG Wei-liang PAN Min-jun WEI Da-song CHEN Fu-ling （School of Mechanical and Electronics Engineering,Hezhou Univ.Hezhou Guangxi,542800,China ） 【Abstract 】By analyzing the theory of grid-connected wind farms,the paper presents using direct-driven permannet magnet synchronous generator to achieve grid-connerted wind power according to the problem in wind power grid-connected difficult.Direct drive permanent magnet synchronous generator than traditional way of constant speed constant frequency grid interconnection is more stable. 【Key words 】Wind power generation ；Parallel operation ；Constant speed constant frequency ；Variable speed constant frequency ※项目基金：此文为贺州学院大学生创新项目研究成果，项目编号2013DXSCX08。 作者简介：张伟亮（1982—），男，硕士，讲师，从事电气工程及其自动化的教学及高压设备的生产研发。 潘敏君，男，贺州学院电气工程及其自动化专业在读学生 。 ○本刊重稿○4
(完整版)双螺杆挤出机工作原理(精)
双螺杆挤出机工作原理.txt 挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多、变化最多、生产率高、适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体（或粘性流体）在挤出机螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模成型，制品为具有恒定断面形状的连续型材。挤出成型工艺适合于所有的高分子材料。几乎能成型所有的热塑性塑料，也可用于热固性塑料，但仅限于酚醛等少数几种热固性塑料。塑料挤出的制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、单丝、线缆包覆层、各种异型材以及塑料与其它材料的复合物等。目前约５０％的热塑性塑料制品是通过挤出成型的。此外挤出工艺也常用于塑料的着色、混炼、塑化、造粒及塑料的共混改性等，以挤出成型为基础，配合吹胀、拉伸等技术，又发展为挤出一吹塑成型和挤出拉幅成型制造中空吹塑和双轴拉伸薄膜等制品。可见挤出成型是聚合物成型中最重要的方法。挤出设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机两大类，前者为连续式挤出，后者为间歇式挤出，主要用于高粘度的物料成型，如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯。螺杆挤出机可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。单螺杆挤出机是生产上最基本的挤出机。多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快，其应用日渐广泛。目前，在ＰＶＣ塑料门窗型材的加工中，双螺杆挤出机已成为主要生产设备，单螺杆挤出机将被逐步淘汰。但在其它聚合物的挤出加工中，单螺杆挤出机仍占主导地位。二者有各自的特点：单螺杆挤出机：●结构简单，价格低。●适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出加工。对聚合物的剪切降解小，但物料在挤出机中停留时间长。●操纵容易，工艺控制简单。双螺杆挤出机：●结构复杂，价格高。●具有很好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，适合粉料加工。●产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。在ＰＶＣ塑料门窗型材生产中，采用双螺杆挤出机与单螺杆挤出机的生产工艺为见页下）：可以看出，单螺杆挤出机适合粒料加工，使用的原料是经造粒后的颗粒或经粉碎的颗粒料。双螺杆挤出机适合粉料加工，可以直接使用混合好的ＰＶＣ料，减少了造粒的工序，但多了废料的磨粉工序。近几年，国产双螺杆挤出机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水平，价格仅为进口机的１／３～１／５。由于双螺杆挤出机的产量大，挤出速度快，一般可达到２～４米／分钟，适合ＰＶＣ塑料门窗型材的大规模生产。而单螺
变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理
变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究 变速恒频发电技术 变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。 目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。
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臵上有一个位移，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 1
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。 目前联网运行的风电机组可分为恒速恒频风电机组(CSCF)及变速恒频风 电机组(VSCF)两种，恒速恒频风电机组是指在发电过程中保持转速不变的风 电机组，所采用的发电机主要是同步发电机及鼠笼式感应发电机，前者运行于同步转速，
双馈风力发电机并网控制
双馈风力发电机并网控制 摘要：风力是重要的清洁能源，风力所具备的可再生性以及无污染性使得其受到广泛关注和应用，风力发电也是目前我国重点要求的电力能源技术。而并网控制是将风力发电机稳定地接入到电网系统中的技术。本文主要研究双馈风力发电机并网控制的方法，以及在实际应用中的难点，以及并网控制过程中存在的其他影响控制，并相应地提出优化建议。 关键词：双馈风力发电机；并网控制；方法；难点 一、双馈风力发电机概述 当前风力发电机大体可以分为同步电机好异步电机两类，实际应用中可以细分为鼠笼异步发电机、双馈发电机、同步发电机以及永磁同步发电机。双馈风力发电机是一种绕线式感应发电机，属于异步发电机。由于双馈异步电动机的定子绕组直接同电网相连接，转子绕组通过变流器和电网连接，并由变频器实现对饶子绕组电源电压、相位以及频率和幅值的自动调控，因而在运行中，机组可以在不同的转速下维持恒频发电。然而，虽然双馈发电机具备机械承受应力小、运行噪音小、变频器容量小以及启动效率高的特点，但双馈发电机的电气损耗较大，还需配备齿轮箱，造价较为昂贵。不过相比同步风力发电机，双馈风力发电机能够更好的实现电能稳定输出，实用性较强。 二、双馈发电机的并网控制方法 双馈发电机的并网控制方法和异步发电机相似，主要原理是通过滑差率来调节负荷，发电机的转速和输出功率近似成线性关系，所以只要保持发电机的转速和同步转速相接近就能实现并网。目前，常用的并网方法主要有四种，直接并网控制法、准同期并网法、降压并网控制法以及电子元件软并网控制法。 2.1 直接并网控制法 直接并网控制法是指将风力发电机的输出交流电直接并入到风力电网中，在电机转速和同步转速接近时，由测速系统给出并网信号，再通过自动空气开关实现并网，主要适用于风力发电机和电网相序相同的情况，即电网电容量足够大的同时，风力发电机的容量保持在百千瓦以下。 优点：直接并网控制方法能够保证风力速率变动情况下风力发电机也可以维持横频输出，同时能够单独地对有功功率和无功功率进行解耦控制，便于对风力电动机运行中负载消耗的无功功率进行补偿，稳定其他机组的无功负荷，确保风力发电系统电压的稳定。 缺点：直接并网控制方法要求双馈发电机的相序和发电电网的相序必须保持一致，这就对风力发电机的规格提出了严格的要求。 2.2 准同期并网控制法 异步发电机下的准同期并网控制方法和同步发电机下的准同步并网控制方法基本相同，都是在发电机转速接近同步转速的时候，利用电容励磁先来确定一个稳定的电压，再根据系统电压、频率、相位等来调节发电机的电压和频率，确保二者同步。当二者同步后，就可以将风力发电机接入电网。 优点：准同期并网控制方法对风力系统的电压没有太大的影响，不会出现电压下降的问题，常用于发电机容量和电网容量相似或相差不多的机组。 缺点：按照传统的整步方式，想要实现从整步到准同步的转变，不但需要高精度的整步设备、同期设备以及调速设备，还需要耗费较长的时间，加大了机组构造成本。而且，准同期并网控制方法也需要对电流进行精准控制，确保合闸瞬
双馈异步风力发电机(讲)
1.引言： 风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包 括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW 的永磁直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPMF运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MV Y 1.5MV y 2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。 2.双馈异步发电机的原理： 所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能, 发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱
变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PW M控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW 发电机的定子发电量大概1200KV，转子大约300KV，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3.双馈异步发电机的设计难点： 结构设计难点：因机舱封闭体积，风机运行环境非常恶劣，需要气温-30?55度之间正常运行，希望电机尺寸尽量小，风机对发电机重量有严格要求，部分厂家对转子转动惯量也有要求。发电机需要高速运行，但振速要小，通常要小于 2.8mm/s。此外对于水冷的电机入水温度较高，需要考虑维修和维护问题！比如轴承自动加油等！还有就是，整个发电机是倾斜运行的，大概4?5度的倾斜角度，这个在结构设计时候需要考虑??大家看到发电机的轴承就知道了。 电气设计难点：风机需要效率97%以上，由于转子绕组接变频 器，接变频器就会引发谐波电流，会引起铜耗，铁耗等！此外 定子转子承受很大冲击电压，提高绕组温升问题是优先考虑， 转子电流非常大，上千安培，滑环设计也是难点！电机会有轴 电流，需要考虑绝缘问题！同时高空运行需要防雷处理！转子 绕组线规非常大，成型困难！尽量控制转子输出功率尽量小于 30%，以缩小变频器的功率。
双馈发电机原理讲解完整版
双馈发电机原理讲解 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
一．双馈发电机原理讲解 二．风力发电机的主要类型 1．异步发电机 笼鼠式异步发电机 特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。 缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。 绕线转子异步发电机 特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。 双馈异步发电机 特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。 2．同步发电机 永磁同步发电机 特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。一般用于海上风机。 直流励磁同步发电机 特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。
三． 双馈异步发电机原理 1．旋转磁场 旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。 三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o 、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组 由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是 对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。 2．旋转磁场的转速和转向 以异步电动机为例，说明旋转磁场的转速和方向同励磁电流的关系。 ① ωt=0 o 时，合成磁场方向：向下 ② ωt=60o 时，合成磁场方向顺时针转过60o 。 ③ωt=120o 时，合成磁场方向顺时针又转过60o ，共120 o 。 ④ωt= 180o 时，合成磁场方向顺时针又转过60o ，共180 o 。 当三相对称电流通入三相对称绕组，必然会产生一个大小不变，且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场。一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。 则160f n s =/P （转/分） 旋转磁场的旋转方向由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即当通入三相对称绕组的对称三相电流的相序发生改变时，即将三相电源中任意两相绕组接线互换，旋转磁场就会改变方向。 3．变速恒频发电原理 () () ?-=?-==240sin 120sin sin t I i t I i t I i m C m B m A ωω ω
双馈发电机原理讲解
一．双馈发电机原理讲解 二．风力发电机的主要类型 1．异步发电机 笼鼠式异步发电机 特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。 缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。 绕线转子异步发电机 特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。 双馈异步发电机 特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。 2．同步发电机 永磁同步发电机
特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。一般用于海上风机。 直流励磁同步发电机 特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。 三． 双馈异步发电机原理 1． 旋转磁场 旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。 三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o 、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组 由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对 称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。 2． 旋转磁场的转速和转向 () () ?-=?-==240sin 120sin sin t I i t I i t I i m C m B m A ωωω
挤出机原理介绍
挤出机定义介绍 在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。塑料挤出机经过100多年的发展，已由原来的单螺杆衍生出双螺杆、多螺杆，甚至无螺杆等多种机型。塑料挤出机（主机）可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板（片）材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。因此，塑料挤出成型机械无论现在或将来，都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一。 塑料挤出机的工作原理 螺杆挤出机是塑料成型加工最主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行塑料的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。螺杆挤出机自诞生以来，经过近百年的发展，已由普通螺杆挤出机发展为新型螺杆挤出机。尽管新型螺杆挤出机种类繁多，但就挤出机理而言，基本是相同的。传统螺杆挤出机挤出过程，是靠机筒外加热、固体物料与机筒、螺杆摩擦力及熔体剪切力来实现的。“摩擦系数”和“摩擦力”，“粘度”和“剪应力”是影响传统螺杆挤出机工作性能的主要因素，由于影响“摩擦”和“粘度”的因素十分复杂，因此，传统螺杆挤出机挤出过程是一个非稳定状态，难以控制，对某些热稳定性差、粘度高的热敏性塑料尤为突出。自60年代以来，世界上各国学者对螺杆挤出机理进行了大量研究，也取得了明显的成就，但由于他们的研究大多局限于传统塑料挤出成型机理、机械结构形式和换能方式，因而一直未能取得重大突破。传统螺杆挤出机所存在的如体积庞大、能耗高、噪音大、产品质量提高难等一系列缺点没有得到根本解决。 塑料挤出机特点 1.模块化和专业化 塑料挤出机模块化生产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额；而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购，这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。 2.高效、多功能化 塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。在功能方面，螺杆塑料挤出机已不仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工，它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。 3.大型化和精密化 实现塑料挤出机的大型化可以降低生产成本，这在大型双螺杆塑料造粒机组、吹膜机组、管材挤出机组等方面优势更为明显。国家重点建设服务所需的重大技术装备，大型乙烯工程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口，因此必须加快国产化进程，满足石化工业发展需要。 4.智能化和网络化 发达国家的塑料挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。 塑料挤出机组成部分 塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。 1.挤压系统挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。 （1）螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度
双馈发电机原理
技术研发部 编写 双馈发电机原理 一．风力发电机的主要类型 1．异步发电机 ●笼鼠式异步发电机 特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。 缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。 ●绕线转子异步发电机 特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。 ●双馈异步发电机 特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。 2．同步发电机 ●永磁同步发电机 特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。一般用于海上风机。 ●直流励磁同步发电机
技术研发部编 写 特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。 二． 双馈异步发电机原理 1．旋转磁场 旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。 三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组 由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是 对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。 2．旋转磁场的转速和转向 以异步电动机为例，说明旋转磁场的转速和方向同励磁电流的关系。 ① ωt=0 o时，合成磁场方向：向下 ()() ?-=?-==240sin 120sin sin t I i t I i t I i m C m B m A ωωω
双馈风力发电机工作原理
双馈异步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，但是由于其有独立的励磁绕组，可以像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，释放或者吸收负荷，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置，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以调节无功功率，也可以调节有功功率。 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 n1称为同步转速，它与电网频率 f1 及电机的极对数 p的关系如下：
P f n 1 160= 同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 2 的三相对称电流，所 产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为： P f n 2260= 由上式可知，改变频率 f 2，即可改变 n 2,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n 1 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n ±n2=n1=常数，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f 1 不变。 n ±n2=n1=常数 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： 11 11122606060sf n n n Pn n n P Pn f =-=-==）（ 根据上式表明：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f 1S ）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n 双螺杆挤出机分类及工作原理 双螺杆挤出机可以从啮合与否、旋转方向是同向还是异向，螺杆轴线是否平行平行双螺轴线是否平行（1）、啮合型同向双螺杆挤出机： 由于同向旋转双螺杆在啮合处的速度相反，一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆把物料从间隙中推出，结果使物料从一根螺杆转到另一根螺杆，呈“∞”形前进。由于啮合区间隙很小，啮合处螺纹和螺槽的速度方向相反，因此具有很高的剪切速度，有很好的自洁作用，即能刮去粘附在螺杆上的任何积料，从而使物料的停留时间很短，所以啮合型同向双螺杆挤出机主要多用于混炼和造粒。 （2）、啮合型异向旋转双螺杆挤出机在啮合异向旋转双螺杆挤出机中，两根螺杆是对称的，由于旋转方向不同，一根螺杆上物料螺旋前进的道路被另一根螺杆的螺棱堵死，不能形成“∞”字型运动。在固体输送部分，物料是近似的密闭“C”形小室的形态向前输送。但设计中将一根螺杆的外径与另一根螺杆的根径之间留有一定的间隙量，以便使物料能够通过。物料通过两螺杆之间的径向间隙时，受到强烈的剪切、搅拌和压延作用，因此物料塑化较好，同时它靠逐渐减小螺距来获得压缩比，多用于加工制品。 （3）、非啮合异向旋转双螺杆挤出机：应用比啮合型少，其工作机理不同于啮合型，但类似于单螺杆挤出机，即靠摩擦、粘性拖曳输送物料。物料除了向机头方向运动外，还有多种流动形式，见图：由于两根螺杆不啮合，之间径向间隙较大，存在有较大的漏流1；由于两螺杆螺棱的相对位臵是错开的,即一根螺杆的推力面的物料压力大于另一根螺杆拖曳面的物料压力，从而产生流动2，即物料从压力较高的螺杆推力面向另一根螺杆拖曳面的流动；同时随螺杆旋转物料在A处受到阻碍，产生流动3以及其他多种流动形式，所以在混料、排气、脱挥等方面有一定的应用。 （4）锥形双螺杆挤出机与平行啮合异向旋转双螺杆挤出机相比，由两螺杆及机筒形成的一系列C形室的体积由加料段至出料段逐渐减小，在加料段可以加入体积较大的粉状物料，随着螺杆变小，物料得到压缩，熔融。在出料段，因螺杆直径小，螺杆圆周速度小，故物料在这里承受的剪切速率较低，产生的摩擦热也小，适合加工热敏性物料，所以主要用于加工PVC粉料，直接加工成制品。 螺纹曲线修正方法介绍 根据理论可求出螺杆螺纹的理论轴向曲线，但理论曲线的啮合间隙值为0。前面已经介绍了螺杆啮合四种间隙，实际上啮合间隙曲线是通过对理论曲线进行一定的修正得到的：目的：形成较为均匀的几种啮合间隙间隙太大：漏流大，产量减小间隙太小，导致干摩擦，降低寿命；间隙均匀（等间隙），螺杆运转平衡自清理效果好。螺杆啮合曲线修正方法（三种方式，都在使用）（1）、单纯的径向间隙保证修正法：见图所示：原理：若设计中心距定为C L，在计算和作图时，把C L适当减小，留出径向间隙δr，再根据计算生成螺纹截面，但最后安装时仍按原理论中心距安装。即：生成曲线用C L’= C L-δr，安装螺杆采用C L。（2）径向和轴向啮合间隙修正： 原理：把理论螺旋曲线（轴向截面内）的曲线1（点划线）上的点以A为中心两边各自沿轴向外移（平移），如左边a点平移至a’点，得到图中曲线2（虚线），再将曲线2上所有点沿径向平移，如a’点平移到a”，得到实际曲线3（实线）。特点：只要轴向平移调整合适，几乎可做到轴向和径向等间隙，但螺纹实际沿螺槽法向啮合，故螺纹法向啮合间隙并非均等。(3)法向螺纹曲面法向等间隙修正（空间曲面几何学）关键点：法向方程推导计算机编程计算轴向修正量与径向的调整匹配原理：首先必须得到螺纹法向啮合曲线（三维方程） 双馈发电机的运行方式说明风机控制 1.双馈风力发电机的分类 双馈风力发电机按转子类型分为有刷和无刷两种，无刷发电机即为鼠笼型发电机。由于鼠笼型风力发电机励磁控制困难，无法最大限度的利用风能，所以目前很少应用。 2.双馈发电机的优点 1 .容易对转矩和速度进行控制； 2.能工作在恒频变速状态； 3 .驱动变流器的总额定功率可以降低，性价比大大提高； 4 .电机可以超同步和超容量运行 3.双馈发电机的变流器一般选用电机总容量的四分之一即可，这样可以很大程度的减少整机变流成本。和直驱风力发电机相比，双馈风力发电机增加了齿轮箱，在成本方面要考虑直驱发电机和它的全功率变流器的总成本和双馈风力发电机加齿轮箱的综合成本，除此之外，还要考虑他们的功率曲线以及维护成本。 4.控制机理 双馈发电机通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。 大家知道，异步电动机运行时，电磁转矩和转向相同，即转差率>0.当作为电动机运行时，电磁转矩和转速方向相反，转差率<0. 发电机的功率随该负转差率绝对值的增大而提高。当双馈发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。 当双馈发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。 当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率；当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，与转子感生电流产生的转矩同方向，定子和转子都向电网馈送电功率。 为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行；为了控制发电机转速和输出的功率因数，必须对发电机有功功率、无功功率进行解耦控制。这一过程是采用磁场定向的矢量变换控制技术，通过对用于励磁的PWM 变频器各分量电压、电流的调节来实现。 调节励磁电流的幅值、频率、相序，确保电发电机输出功率恒压。同时采用矢量换控制技术，实现发电机有功功率、无功功率的独立调节。调节有功功率可调节风力机转速，进而实现最大风能捕获追踪控制；调节无功功率可调节电网功率因数，提高风电机组及所并电网系统的动、静态动行稳定性。双螺杆挤出机分类及工作原理
双馈发电机的运行方式说明风机控制