交流励磁双馈风力发电机的程序设计毕业论文

交流励磁双馈风力发电机的程序设计毕业论文

目录

摘要...................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II

第1章绪论 (2)

1.1 课题研究的意义背景 (2)

1.2 交流励磁双馈风力发电机国内外研究历史及其现状 (3)

1.2.1 风力发电的历史 (3)

1.2.2 交流励磁双馈风力发电国内外研究现状 (4)

1.3 本课题的主要内容 (5)

第2章双馈电机的基本运行原理及结构 (6)

2.1 双馈电机的基本原理及结构 (6)

2.1.1 双馈风力发电系统的结构及工作原理 (6)

2.1.2 双馈电机的电压方程、等效电路及电磁功率 (7)

2.2 双馈电机各种工作状况下的能量关系和功率关系 (12)

2.2.1 双馈电机的稳态分析及稳态功率关系 (12)

2.2.2 双馈电机的能量转换与额定功率 (15)

第3章双馈电机的电磁设计 (18)

3.1 主要尺寸的确定 (18)

3.2 电势系数的确定 (18)

3.3 有功功率和无功功率计算 (19)

3.4 额定励磁电压、额定励磁电流和额定励磁容量的计算 (20)

3.5 稳态短路电流的计算 (21)

3.6 电压调整率的计算 (22)

3.7 典型样机方案设计 (23)

第4章双馈电机的程序设计 (44)

4.1 双馈电机程序设计软件 (44)

4.1.1 软件说明及其功能 (44)

4.1.2 双馈电机设计流程 (47)

4.2 针对典型样机的性能分析 (50)

结论 (54)

致谢 (55)

参考文献 (56)

附录1 交流励磁双馈风力发电机设计程序 (58)

1

第1章绪论

1.1课题研究的意义背景

风能是大自然中蕴藏丰富、可再生、无污染的能源，考虑到有机燃料的非再生性与有限开采性以及保护生态环境等原因，大力开发利用新能源发电尤其是风能发电具有特别的现实意义，如今风力发电已是世界上增长最快的可再生能源，在新能源的开发与利用中独树一帜，成为解决常规能源尤其是石化能源带来的能源短缺，环境污染以及温室效应等问题的有效途径之一。

在经济高速增长的情况下，我国能源工业面临经济增长与环境保护双重压力。走可持续发展道路，在确保社会不断进步发展的同时保护生态环境已为越来越多的国家所共识。因此尽可能地利用洁净能源代替含碳量高的燃料是当今世界能源发展的必然趋势]1[。

风能取之不尽，用之不竭，不会对环境造成污染，随着风力发电技术日趋成熟风力发电机单机容量的不断增大，发电质量不断提高，已成为一种安全可靠的能源，具备了大规模开发的条件，国际国内已经成功出现了兆瓦级风电机组和数百兆瓦的大型风电场，其经济性日益提高。另外，风电场建设周期短，占地少，运行成本低廉，与煤电，核电和水电相比，其优越性是无可比拟的。

风力发电作为一种新能源的出现，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。作为当今世界新能源开发中最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一，越来越受到世界各国的重视。从世界范围看，欧洲和北美在开发和利用风能发电方面处于世界领先地位，尤其是欧洲的丹麦、德国和英国以及北美的美国。到2003年底丹麦风电装机容量为3110MW，此外，丹麦在近海风电方面处于领先位置。德国是风电强国，到2001年装机容量为8000MW，占世界风电装机容量的30%，而到2003年为14609MW，占全世界风能发电的40%。同时，德国有宏大的近海风电发展计划。美国、荷兰、西班牙等国的风电事业，也在迅速发展]2[。

我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，东南沿海、内蒙古北

6

≥，有效

m/

部、新疆、甘肃等地区均属于风能资源丰富地区，平均风速s

风能密度2

≥，可开发利用的地区占全国面积的76%，可开发利用W

200m

/

的风能约为25TW，海上可开发利用的风能为75TW。从八十年代初开始，我国国家科委和国家计委将新能源利用列入国家科技攻关计划，其中就包括风力发电的科技攻关项目.到1998年底，已在全国风能资源丰富的10个省〔自治区)建设了19个风电场，总装机容量达到22.35万千瓦，其

2

中新疆达坂城风电场总装机容址 6.6万千瓦，也是亚洲最大的风电场。尽管近几年我国风电事业取得可喜的进步，但日前我国风电场总装机容量仅占全国电网总容量的0.07%，最高的省份是新疆，也只达到3.5%，远不及于欧美等发达国家，这说明风力发电还远未成为我国电力工业的一支重要力量，它还有巨大的发展潜力需要进一步开发和建设]3[。因此，风力发电在中国能源发展中的地位及发展前景具有重大的战略意义和社会意义。

在风力发电中，当风力发电机与电网并联运行时，要求风电的频率与电网频率保持一致，即频率保持恒定。然而由于风速随时变化，为了最大限度地捕获风能，提高风力机的效率，要求发电机的速度可以在一定范围内变化。因此，在风力发电系统的控制方案中宜选取变速恒频发电方案。在风力发电系统中采用交流励磁发电机，通过控制电机转子励磁频率即可方便地实现电机转速的调节，从而可实现变速恒频发电运行，实现机组与电网之间的柔性连接从而大大缓解了机组轴系的机械应力并降低了系统成本。与此同时，采用原动机最佳效率跟踪控制还能够提高整个风力发电系统的效率，最大限度地利用风能。因此，目前在国际上交流励磁双馈风力发电机已经成为主流的风力发电机。在交流励磁双馈风力发电机组的研制方面，我国还处于起步阶段，但跟踪国外技术、结合国情，研究发展具有自主知识产权的交流励磁双馈风力发电机组，对我国风电技术及其产业的发展，具有很大经济效益和社会效益。

1.2交流励磁双馈风力发电机国内外研究历史及其现状

1.2.1风力发电的历史

人类利川风能的历史可迫溯到中世纪纪甚至更早，最初是将风能转换成机械能，以后则是将风能转换为电能。丹麦是世界上最早利用风力发电的国家，从19世纪未便开始研制风力发电机，随后美国和苏联也相继开始各种风力发电机的研制和开发，第二次世界大战后，风力发电的理论逐渐系统化，这时丹麦己生产出功率为200千瓦的风力发电机组。20世纪六十年代由于石油价格下降，风力发电处于停滞状态，1973年以后由于石油危机的冲击以及使用煤、石油等矿物燃料发电带来的环境污染问题，风力发电又重新受到重视，美国、丹麦、荷兰、德国等国对风力发电的研究与应用投入相当大的人力及资金，制定了开发规划，和优惠的税收政策，他们充分利用空气动力学、新材料、计算机、电机及自动控制等领域的新技术研制和开发现代风力发电机及其运行技术。经过十多年的发展，风力发电技术逐渐趋于成熟，逐渐建立了评估风力资源的计算机模拟系统，发展了失速控制风轮机叶片设计理论，提出和采用了新型叶片材料及翼型，研制成功变桨距控制风机，开发了微机控制的风力发电机单机和机群自动控制的技术等等，这大大提高了风力发电机的效率及可靠性。这时欧美等发

3

达国家发展风力发电主要是建立风电场，1987年美国加州安装了16400台不同容量的风力发电机，总装机容量140万千瓦，年发电量17亿千瓦.时。美国加州风电场每千瓦时的发电成本己低于核电，接近燃油发电水平，这说明风电具有与常规能源发电竞争的潜力。欧美大力发展风力发电技术，促进风电市场不断扩大，这给他们带来了巨大的经济效益和社会效益，目前一些风电强国如丹麦、美国的许多风电场发电成本约为5美分/千瓦.时左右，己具备与火电竞争的能力，这样可以节约大量矿物燃料（煤、石油、天然气），同时又大大减少了环境污染，据测算，如果风能力发电

SO排放134吨，按年2000万千瓦时计算，可节约煤7000吨，减少

2

CO160511吨，灰渣2100吨，其它0.8吨。从上面的数据可以看出风力发2

电与传统发电方式相比所具有的优点和潜力，即使和其它一些新的可再生能源发电（太能发电、生物发电、地热发电）相比，风力发电也将在很长一段时间仍具有优势。

随着技术的不断发展，风力发电机的单机容量逐步加大。在八十年代初，商品化风力发电机的单机容量为10千瓦，进入九十年代以后，容量为30~500千瓦的机组成为各国建设风电场的主导机型。目前国际上规定1000千瓦以上的风力发电机组为大型机组。单机容量愈大，成本越低，经济效益越高，同时可减少风电场占地面积，因此一些工业发达国家纷纷斥巨资进行开发研究与试制，并取得了一些阶段性成果。风机大型化是今后的一个趋势，随着环保呼声的日益高涨和化石燃料资源的日趋减少。很多国家和地区都制订了发展风电的长期规划。欧盟提出到2010年风电装机容量达4000万千瓦，届时风电将占其总发电量的12%。

纵观风力发电历史，风力发电在当今世界能源开发利用中的具有不可替代的优势，加快开发利用风能对我国社会主义现代化建设具有巨大的战略意义和长远经济效益。

1.2.2交流励磁双馈风力发电国内外研究现状

20世纪80年代，国外的Ortmeger,OrtBrady,Riaz 等学者]6,5,4[对双馈电机在变速恒频发电系统中的原理进行了较深入的研究。90年代，Morel和Bhowink等学者]8,7[进一步对双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用进行了理论分析，计算机仿真和实验研究，为双馈电机在风力发电系统中的应用打下了理论基础。

80年代后，功率器件的发展方向是高频化，大功率，低损耗和良好的可控性，并在交流调速领域得到广泛应用，使其控制性能可以和直流电机相媲美]9[；90年代微机控制技术的发展，加速了双馈电机在工业领域的应用步伐。尤其近十年来，是双馈电机的重要发展阶段，发达国家变速恒频双馈风力发电机的生产技术日益成熟，大型变速恒频水轮发电机组，兆瓦级双馈风力发电机机组和船用轴带双馈风力发电机相继问世。变速恒频双

4

馈风力发电机组已由基本控制技术向优化控制策略方向发展，即在额定风速以下采用最大风能捕获控制]11,10[，在高于额定风速是采用变浆距恒功率控制策略。

目前，风力发电在许多国家如德国，丹麦，美国等得到了大规模的应用。其单机容量稳步上升，单机容量为5MW的风机已进入商业运行阶段，变浆距调节方式迅速取代失速功率调节方式，变速恒频方式迅速取代恒速恒频方式，无齿轮箱系统市场份额迅速扩大。

过去20年，我国风力发电机的制造已有一定规模，目前，包括发电机、齿轮箱、机舱、主轴、塔架、转向系统和液压系统等都可由国内制造，并网风力发电机组计算机控制系统的研制取得了很大进展，在关键的风力发电机组电机电气技术及装备和风电场集中及远程控制技术方面也取得了突破。

但总的来说，我国的风电设备与国外相比还有相当的差距。我国对双馈电机及其控制技术的研究始于上世纪90年代。近年来，许多研究所已加强了对双馈电机应用技术的研究，在双馈电动机调速控制和变速恒频水轮发电机研究基础上，开展了对变速恒频双馈风力发电机的研究]13,12[。目前，大多数研究还仅限于实验室，也有部分成果应用于生产，但从总体来看，对于双馈电机的研究设计在我国还处于新的起步阶段。在国际上，兆瓦级机组已是主流产品，这给国内研究人员提出了新的挑战，同时也给了我们新机遇。

1.3本课题的主要内容

本文就交流励磁双馈风力发电机的电磁设计主要做了以下三各方面的工作

1．深入研究分析了交流励磁双馈风力发电机的结构、运行原理及其能量关系，并分析了转子稳态量的计算和构成以及控制量与控制对象的关系；

2．针对交流励磁双馈电机的电磁设计特点，推导了交流励磁双馈风力发电机的电磁设计公式，并参考大型异步电动机设计程序，进行了典型样机方案的设计；

3．用Visual Basic语言编制了交流励磁双馈风力发电机设计软件，绘制了样机性能曲线，并针对样机性能曲线对样机进行了性能分析，得到了很好的效果。

5

6 第2章 双馈电机的基本运行原理及结构

在变速恒频发电中得到广泛应用的交流励磁双馈发电机，具有定、转子双套绕组，可以从定、转子两侧回馈能量，兼有同步发电机和异步发电机的特点，控制灵活性好，具有较好的无功调节能力。本章将从电机学的基本理论入手，研究交流励磁双馈电机的基本运行原理及其电磁特性，并从其等效电路出发，分析交流励磁双馈电机转子量的稳态计算及构成，揭示控制量与控制对象间的内在关系，最后推导了交流励磁双馈电机的定、转子有功功率和无功功率的关系及能量关系。为计算和设计此类电机提供了理论依据。

2.1 双馈电机的基本原理及结构

2.1.1 双馈风力发电系统的结构及工作原理

交流励磁双馈发电机定子三相绕组接入电网，转子绕组也采用多相平衡绕组（一般为三相），经交-直-交变频器通入频率，相位，幅值可调的三相低频励磁电流，变频器一般也经变压器接至电网，如图2-1所示。

对于交流励磁双馈电机，转子绕组中通入低频的三相交流电流，定子

和转子三相绕组均产生旋转磁场，定子形成的旋转磁场，其旋转速度为对应于电网工频1f 的同步转速1n ，风速为n ，为转子提供电频率2f f 2的三相电流，转子产生对应于电频率2f 的旋转转速为2n 的旋转磁场。根据感应电机定，转子电流产生的旋转磁场相对静止的原理]14[(对的，电机学)，交流励磁双馈风力发电机运行时电机转速与定，转子绕组电流产生的旋转磁场

7 转速有以下关系

21n n n += (2-1)

用频率表示即是

21

60f n p f +⨯= (2-2) 式中 1n —定子旋转磁场转速

n —风速（电机转速更好，应为可能存在加速齿轮箱：直驱式）

2n —转子磁场转速

1f —定子电流频率

p —电机极对数

2f —转子电流频率

从上式可知，当风力发电机转速即风速发生变化时，相应调节转子电流频率2f ，可使定子电流频率1f 保持恒定，即与电网频率保持一致，实现风力发电机的变速恒频的目的。当1n n <时，电机处于亚同步运行，变流器向转子提供交流励磁，定子发出电能给电网？(怎么理解, 不像电动机状态)，转子从电网吸收能量；当1n n >时，电机处于超同步运行，此时定、转子同时发出电能给电网；当1n n =时，02=f ，变流器向转子提供直流励磁，此时发电机作同步机运行。（对风机状态要了解）

2.1.2 双馈电机的电压方程、等效电路及电磁功率

1．交流励磁双馈电机的特点是

（1）转子励磁绕组通过变频器与电网连接，转子是一个有源网，转 子电流由气隙磁场在转子绕组内的感应电势和变频电源的电压共同产生；

（2）电机的励磁由定，转子双边励磁；

（3）定子侧的功率，不仅由原动机来调节（原动机怎么调节？），而且通过调节转子电流频率，幅值和相位来实现]15[。

发电机的电压、电流和电动势的正方向这里按电工惯例规定，把转子各物理量折算到定子方，定子按发电机惯例，得到交流励磁双馈电机的等效电路图如图2-2所示

8 图2-2 双馈电机等效电路

2．电压、电流方程 根据等效电路可得到以下方程

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+==++=+-=-m

m m j I I I X j I E jX s R I E e s

U jX R I E U .1.2...1.222..2.111.1.1.

.)()

(δαδ (2-3) 式中 2.1.,U U —定、转子电压相量

1.

E —气隙磁场感应电动势相量I m *(R m +jX m )

m I I I .2.1.,,—定转子电流和励磁电流相量

2.1.,R R —定、转子电阻

m X X X ,,21δδ—定、转子漏抗和励磁电抗，同时记

转子侧各量均已归算到定子侧

由交流励磁双馈电机的电压电流方程得交流励磁双馈电机的时空相量图如图2-3。

9 3．定、转子电流

从交流励磁双馈电机电压方程解出定子和转子电

流，有 222112221.1.))(()()(m m j X jX s

R jX R jX e s U jX s R U I +++-+-=-α )()()(212112112'2221.m j m sX R R X c X j s

R c R c s e U sX R j c U -+++---=-δδα (2-4) 222111121.2.))(()()(m j m X jX s

R jX R jX R e s U jX U I +++++-=-α )()()(21211211211'21.m m j sX R R X c X j s

R c R c X R j c s e U U -+++---=-δδα (2-5)

式中m m X X c X X c δδ22111,1+=+=

10 不难看出，定子和转子电流均由两部分组成：第一部分)1(2.)1(1.I I 和为定子边加有电压1.U ，转子短路时的定子和转子电流，此时电流相当于普通感应电机内的电流；第二部分)2(2.)2(1.I I 和则是转子边加有电压2.U ，定子边短路时的定子和转子电流，即

⎪⎩⎪⎨⎧+=+=)

2(2.)1(2.2.)2(1.)1(1.1.

I I I I I I (2-6) ⎪⎪⎪⎪⎭

⎪⎪⎪⎪⎬⎫-+++=-+++--=-)()()()()(2121121122)2(1.212112112221.)1(1.m j m m sX R R X c X j s R c R c s e U I sX R R X c X j s R c R c sX R j c U I δδαδδ (2-7) 转子为同步转式，s=0，

∞→s

R 2，转子电流频率为0 （即为直流），此时（2-44）和（2-5）成为

⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫-=+--==--11..011221.1.222.Z U E jX R e jX R U U I e R U I j m j α

α (2-8) 式中0.E 为激磁电势，1.

Z 为同步阻抗

⎪⎭⎪⎬⎫+=-====--1112200220.,90,jX R Z X R U E e E e jX R U E m j j m αδαα (2-10)

δ为功角，不难看出，式（2-9）中的1.

I 即为通常同步发电机的定子电流。

4. 电磁功率

若定子相数为1m ,按发电机惯例，电磁功率m p 为 )Re(])(Re[)Re(2.1.11.1.2.11.1.1m m m jX I I m I jX I I m I E m p =-==

11

4

321)2(2.

)2(1.

)1(2.

)2(1.

)2(2.

)1(1.

)1(2.

)1(1.

1)2(2.

)1(2.)2(1.)1(1.1(Re[)]

)((Re[m m m m m m P P P P I I I I I I I I jX m I I I I jX m +++=+++=++= (2-11)

其中第一项1m P 等于

2

12112211222

11

)1(2.

)1(1.11)()(]Re[s

R

X c X s R c R c s

R U m I I jX m P m m -+++-==δδ

s

R I m 2

)

1(2.

1-= (2-12) 第二项等于P m2

2

21211221121

221

)2(2.

)2(1.12)()()(]Re[s

R

X R X c X s R c R c R s U m I I jX m P m m m -+++==δδ 12)2(11R I m = (2-13)

第三项3m P 等于

]

Re[)1(2.

)2(1.

13I I jX m P m m =

2

21211221122

11

)()(sin s

R

X R X c X s R c R c X s

U U m m m -+++=δδα

(2-14)

第四项4m P 等于

]Re[)2(2.

)2(1.

14I I jX m P m m =

22121122112212121122

11)

()(sin )(cos )(s

R X R X c X s R c R c s R

X R X c c s R c R c s

U

U m m m m -+++++--=δδα

α (2-15) 第三项和第四项的和为

2212112211221211211221143)

()(sin )(cos )(s

R X R X c X s R c R c s R

X R X c X s R c R c s

U

U m P P m m m m -+++++++-=+δδδδα

α

12 )sin(sin cos 2'

2112211αβαα-=-=Z

Z s U U m Z X R s U U m (2-16) ⎪⎪⎪⎪⎭

⎪⎪⎪⎪⎬⎫++-==++++-=+=-+++=--s X R R X c X R c s R c tg X R tg s R X R X c X s R c R c X R Z s R X R X c X s R c R c Z m m m 2121112211122121122112222'221211221122)()()()(δδδδδδβ (2-17) 不难看出，1m P 为02.

=U 时（即转子短路时）电机的电磁功率，即普通笼型感应电机的电磁功率；2m P 则是01.=U 时（即转子供电，定子短路时）由定子电阻1R 所引起的电磁功率；3m P 和4m P 则是)1(2.)2(1.I I 与和)2(2.)1(1.I I 与的交义乘积引起的功率，总的电磁功率m P 为

)]sin cos ()()([22211222211α

αZ X Z R s U U R sZ U s R Z U m P m -++-= (2-18) 可见在一般情况下，双馈电机的电磁功率不但与转差率s 有关，还与定、转子电压间的相位差α角由关，这是双馈电机的特点。

双馈电机变成普通的感应电机，当s=0时，

2122121

2221432sin cos )()[(s s

m s m m m m m Z R X X R U U Z R X R U m P P P P αα-+=++= s

s s s Z R X Z U E R Z E m ααsin cos )[(

10

1201-+= s

s s s Z R X Z U E R Z E m δδcos sin )[(101201-+= (2-20) 是（2-20）就是通常隐极同步发电机的电磁功率表达式。 2.2 双馈电机各种工作状况下的能量关系和功率关系

2.2.1 双馈电机的稳态分析及稳态功率关系

1． 转子电压、电流分析

为了更好地进行系统设计和工程应用，需要揭示交流励磁双馈电机控制变量、中间状态变量及控制对象之间的本质联系，研究控制各变量的构成情况。

13

设 0

11.

0∠=U U 为基准相量，设 Q P jI I I 111.

+=，P I 1和Q I 1 分别为定子电流的有功和无功分量，定、转子均为三相对称绕组，则有

⎪⎭⎪

⎬⎫

-====Q P I U I U Q I U I U P 111.

1.1111.

1.13)3Im(3)3Re( (2-21) 从上式得

⎪⎪⎪⎪⎭

⎪

⎪

⎪⎪⎬⎫

+=+=-==12121

212111

111

11333U Q P I I I U Q I U P I Q P Q P

(2-22)

由式（2-22）可在发电机输出功率已知情况下得定子电流有功、无功

分量，将Q P jI I I 111.

+=代入（2-3）得

)()(111111111.

Q P Q P I R I X j I X I R E ++-=δδ (2-23)

)(1)(11111111112.

U I X I R X j I R I X X I Q P m

Q P m +---=

(2-24) )()(1111112.dU aI bI j cU bI aI U Q P Q P ++-+++= (2-25)

式中 m X X sR X R a /)(2112+=

m m X X sX X sR X R b /)(12112δ-+=

m X sX c /2= m X R d /2-=

从而得到转子电流、电压的有效值

21

211111211112])()[(1U I X I R I R I X X I Q P Q P m

+-+-= (2-26)

2

121112

1112])()[(dU aI bI cU bI aI U Q P Q P ++-+++= (2-27)

将式（2-22）代入式（2-24）和式（2-25）得到转子电流相量、转子电压相量和控制对象间的关系

(2-28)

)]3

()[(3121111111111

2U Q X P R j Q R P X U X I m ++--=

14 )33()33(111

1111112dU Q U a U b j cU Q U b P U a U +--++-= (2-29) 2.功率分析及其关系]16[

由式（2-21）可求1P 、1Q ，而2P 、2Q 为

)Re(3222I U P =,)Im(3222I U Q = (2-32)

由式（2-3）之转子电压方程得

2.

1.2

2.222.2.)(I E s I jsX R I U ++=δ (2-33) 将式整理代入上式有

⎪⎩⎪⎨⎧+==Q

P jS S I U I U P 2.

2.222)Re(3 (2-34) 其中

⎪⎩⎪⎨⎧-++=++=)

()(11211222211211222U I I X s I sX I sX S U I I R s I R S Q m m Q P P δδ (2-35) 从式（2-15）得到

⎪⎩⎪⎨⎧-++=++=)33(33)33(31121122222

112112222U I I X s I sX I sX Q U I I R s I R P Q m m P δδ (2-36) 记2111

3I R P cu =，22223I R P cu =，1cu P 、2cu P 分别为定、转子铜耗。记21113I X Q δδ=，22

2213I X Q δδ=，2m m m I X Q =，δ1Q 、δ2Q 和m Q 分别为定、转子漏抗和励磁电抗消耗的无功功率。从而式（2-36）可改写为

⎩⎨⎧+++=++=)()(1122

1122m cu cu Q Q Q s Q Q P P s P P δδ (2-37) 式（2-37）表示双馈电机定、转子有功功率和无功功率关系，下面讨论折算前、后有功功率和无功功率的变化情况。等效电路中转子各量是经过绕组折算和频率折算的，因此转子侧的功率也是折算后的。两种折算对有功功率和无功功率的影响是不同的，绕组折算对功率无影响，即折算前、后有功功率和无功功率守衡；而频率折算对有功功率和无功功率的影响是不同的。有功功率和频率无关，频率折算前、后有功功率守衡；无功功率和频率有关，频率折算前后无功功率是不守衡的。频率折算后为折算前的1/s 倍，记折算后转子的无功功率和转子漏抗消耗的无功功率分别为'2Q 、'2δQ ，则有

2'21Q s Q =，δδδ2222'231X I s

Q s Q == (2-38) 式（2-38）就是折算后转子的无功功率和转子漏抗消耗的无功功率。

15 2.2.2 双馈电机的能量转换与额定功率

把定子电压方程乘以1.I ，可得

)()(2.1.1121.1.1.m jX I I jX R I I U ++-=。

。。。。I m=I 2 =])[()(2.1.1.1121.m jX I I I jX R I -++- (2-39) 由于.

12.1.)(m jX I I E -=，故上式可写成

1.1.112

11.1.)(I U jX R I I E ++=δ (2-40) 记m P 为电磁功率，1cos ϕ为定子边功率因数，取上式实部，定子功率方程为

11111112111.

1.1cos )Re(P P I U m R I m I E m P cu m +=+==ϕ (2-41) 转子电路实际频率为2f ，12sf f =故其电压

.2.

2222.)(E s I jsX R U ++=δ (2-42) 把上式乘以2.

I ，可得

2.2.222

22.2.)(I E jsX R I I U ++=δ (2-43) 记2e P 为转子绕组传递的电功率，取上式实部，得

222.

2.122212.2.12)Re()Re(e cu P P I E s m R I m I U m P +=+== (2-44)

)Re()Re(1.1.12.2.12I E s m I E s m P e == (2-45) 从式（2-45）不难看出

m e sP P =2 (2-46)

即转子绕组转换或传递的电功率2e P 为电磁功率m P 乘上转差率s 。对于发电机，m P >0，故当转差率s<0时，2e P <0，此时转子向变频电源输出电功率；当转差率s>0时，2e P >0，此时转子从变频电源输入电功率；

对于发电机，若轴上输入的机械功率为mach P ，根据能量守恒原理，有

m e mach P P P =+2 (2-47)

m e m m a c h P s P P P )1(2-=-= (2-48)

当转差率s<0时，m mach P P >转子输入的机械功率大部分将转化成电磁功率m P 由定子输出，小部分转化成电功率2e P 由转子输出，相应的功率图如图2-10，当转差率s>0 时，此时定子的电功率大部分由转子机械功率mach P 转化而来，小部分则是由转子输入的电功率2e P 传递而来，相应的功率如图2-4、2-5所示]15[

双馈电机在亚同步运行时，即s>0时，电网向转子馈入电能，发电机总的输出功率等于定子绕组输出功率与转子绕组励磁功率之差；超同步运行时，即s<0时转子绕组向外输出功率，发电机总的输出功率风雨定子绕组输出功率与转子绕组输出功率之和；同步运行时，即s=0时，发电机总的输出功率为定子输出功率。交流励磁双馈发电机定转子绕组功率分配如图2-6所示。

因此，双馈电机的额定功率与一般发电机不同。它有两个不同概念下的出力。一是定子侧的出力；二是定子侧和转子侧总的出力。前者相当于

同步转速运行时双馈发电机的出力，它往往受到定子绕组热容量的限制；

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