⑤2毕—猡第】E卷第】期哈尔滨电工学院学报、IIS】995年3月HIETJourflal、lar：995交流励磁双馈发电机的原理、能量关系和应用，许善椿黄曦东-rM3f。(暗尔淀大电报研究所)(电l『L93蝮研究生A、摘要本文研发电机的运关键词1引言交流励磁双馈电机通过定子三相绕组接到电网，转子绕组也采用多相平衡绕组．并经交一交变频器供以低频电流变频器一般也经变压器接至电网，如图l所示。随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，交流励磁双馈电机的开发日益引起国内、外的注意近年来，国内、外都在研究把这种砖：ii————————————啊T电机作为大容量的发电设备，充分利用其优良的发电性能和对电网的调节和稳定作用。本文试图对这种电机的原理，等效电路，电磁功率一和能量关系，以及额定功率和转速的选择等闯鼹作些初步探讨，为设计工程师提供参考。2工作原理各种电机中都存在一个耦合场一气隙磁图。交流励磁的双馈发电机系统场，气隙磁场储能可以以电磁力对外界作功方式释出，同时通过绕组中感应电势的作用从电源不断补充能量，使电能转换为机械能；反之亦然。对于同步发电机，转子绕组中通入直流励磁电流以建立气隙主磁场(耦台场)，当转子旋转、定子带上负载使气隙磁场储能发生变化，在转子上产生电磁转矩、在电枢绕组内产生感应电势时，机械能就转换为电能。穗态运行时，转子的直流励磁并不直接参JJD~E-量转换。本文于1994年12月收到第】期许善椿等：交流励磁双馈发电机的原理、能量茭系乖应用蔓’’。————_'___·—_}__·——___--_—，___‘——，___-，．。●。●-。____。●。--_______。●‘·_______-，●‘-。____．．．。●，_--，，————一一—。——一一对于交流励磁的双馈电机，转子绕组中通人低频的三相交流电流，定子和转子三相对称绕组均产生旋转磁场。定子电流形成的旋转磁场，其角频率为对应于Fg网工频／的同步角频率m．：转子电流形成的旋转磁场，对转子而言，为对应于转子供电频率．角频率∞旋转的旋转磁场为实现稳定的机电能量转换，定子和转子旋转磁场应保持相对静止日．此时转子旋转的角频率应为当∞<∞，电机作亚同步运行，此时电机内的能量关系为：／输人机械能、／转子输入电能、／耦台场储能增量、，定子输出电能、＼一机械损耗／＼一转子铜耗／＼+介质损耗／+定子铜耗／若忽略各项损耗，当轴上的输入机械功率为3500kW，转于侧输A电功率500kX~,‘时侧将发出电功宰4000kW当co>∞．，电机作超同步运行，能量关系为：／输入机械能、／转子输出电能、／耦舍场储能增量、／定子输出电能I1一机械损耗／转子铜耗／＼十舟质损耗／＼+定于铜耗／若不计损耗，转子输入机械功率为4500kW，转子侧输出电能为500kW时，定于仍端出电功率4000kW显然，对于电网来说，第一种工况下总计得到电功率3500kW；第二种工况下则得到4500kW电功率。对于水电机组，水轮机的出力．v为=Q日(3)式中H为水头；Q为流量；?为承的比重；为水力效率假设保持Q和J基本不变，则出力Ⅳ与水头日的关系如图2所示。而水轮机的转速"与水头日大致卉下列*系：^=丘、／H(-4)N出力持性NNN⋯㈨旰㈨：IIIIIIIIl『lI图2水轮机的出力特性3水轮机出力与转述的l关系于是可得图3所示出力N与转速H的关系．由图3可见，为保持定子输出额定功率．当H>时，多余的机械能通过嚣子绕组转换为电能向电网馈电：当n<时，电网通过转子26哈尔滨电工学院学报侧输入一部份电能，定子边转出仍为额定功率。3额定值的选择交流励磁双馈发电机允许在相当大的速度范围内正常运行，合理地选择其功率和转速的额定值，是设计这种电机的一个重要问题．额定功率的选择，首先要与原动机的出力综合特性等相匹配，使整个橇组运行于合理状态“‘；其次要考虑电机本身的优化设计，特别是转子的电篷负荷热负荷和应力水平等从长期运行效率等经济性考虑，额定出力下的变速范围不宜太宽．根据有关资料统计，交流励磁双馈发电机的调速范围一般为额定转速的(1o～2O)％，而且变速丑寸电机出力应作相应调整。设电机的变速范围为△，1．An：一一H(5)l则电机的额定转速n应设计在÷一+‘附近．这样傲可以节约转子变一麦变频电源的容量，同时有利于提高电机的效率．由于电机转速受极数的制约，一般说、可能采用对应于不同极数的两个同步转速，或从机械、电Hd”n●H磁负荷等角度考虑，取较高的同步转速(即取较少的极数)作为额定转速比较有利．