BDFG在不同运行区域内的能量传递关系分析

当BDFG亚同步运行时，0＜nr＜n0，此时控制绕组的磁场旋转方向与功率绕组相同，即nc＜0；当BDFG超同步运行时，nr＞n0，此时控制绕组的磁场旋转方向与功率绕组相反，即nc＞0。显然，当BDFG运行于同步转速时，nr=n0是发电机运行的一个临界点。

由式（5-10）可得

由式（5-19）可以看出np＞n0。当nr=np时，功率绕组的磁场无法在转子上产生感应电动势，即无法实现能量转换，因此该点也是发电机运行的一个临界点。

根据这两个临界点可将BDFG的运行区域分为以下四个区间，具体分析BDFG在不同运行区域内的能量传递关系如下，其功率流向示意图如图5-15所示。

1.BDFG运行于亚同步转速（0＜nr＜n0，nc＜0）

根据3个转差率的定义可得，0＜sp＜1，sc＞1，1＜s＜1。再由功率绕组侧和控制绕组侧的功率关系可得，当BDFG运行于亚同步发电状态时，有

图5-15　无刷双馈电机在发电机状态下的功率流向示意图

Pep＜0，　Psp＜0，　Pmp＜0

Pec＞0，　Psc＞0，　Pmc＜0

由此可以看出，BDFG的功率绕组和控制绕组吸收的机械功率Pmp和Pmc以及控制绕组通过变频器从电网吸收的电磁功率Pec除去各种损耗后，都转化为功率绕组侧的电磁功率Pep输送给电网，其功率流向如图5-15（a）所示。其中，p1p为功率绕组侧铜损耗与铁损耗之和，p1c为控制绕组侧铜损耗与铁损耗之和，p1r为转子侧铜损耗、铁损耗、机械损耗以及附加损耗之和。

2.BDFG运行于同步转速（nr=n0，nc=0）

根据3个转差率的定义可得，0＜sp＜1，sc→-∞，s=0。再由功率绕组侧和控制绕组侧的功率关系可得，当BDFG运行于同步发电状态时，有

Pep＜0，　Psp＜0，　Pmp＜0

Pec→0，　Psc＞0，　Pmc＜0

此时，只有功率绕组和控制绕组吸收的机械功率Pmp和Pmc除去各种损耗后转化为功率绕组侧的电磁功率Pep输送给电网，而控制绕组通过变频器从电网吸收的电磁功率Pec基本为零，其功率流向如图5-15（b）所示。

3.BDFG运行于超同步转速（nr＞n0，nc＞0），且nr＜np(www.xing528.com)

根据转差率sp和s的定义可得，0＜sp＜1，s＜0。

整理可得

由式（5-20）可进一步得到

显然，当nr＜np时，nc-nr＜0，即nc＜nr，则有sc＜0。

再由功率绕组侧和控制绕组侧的功率关系可得，当BDFG运行于超同步发电状态且nr＜np时，有

Pep＜0，　Psp＜0，　Pmp＜0

Pec＜0，　Psc＞0，　Pmc＜0

可以看出，功率绕组吸收的机械功率Pmp除去相关损耗后转化为功率绕组侧的电磁功率输送给电网，而控制绕组吸收的机械功率Pmc除去相关损耗后，一部分转化为功率绕组侧的电磁功率输送给电网，另一部分则转化为控制绕组侧的电磁功率Pec通过变频器向电网回馈电能，其功率流向如图5-15（c）所示。

4.BDFG运行于超同步转速（nr＞n0，nc＞0），且nr＞np

根据转差率sp和s的定义可得，sp＜0，s＜0。

由式（5-21）可知，当nr＞np时，nc-nr＞0，即nc＞nr，则有0＜sc＜1。

再由功率绕组侧和控制绕组侧的功率关系可得，当BDFG运行于超同步发电状态且nr＞np时，有

Pep＜0，　Psp＞0，　Pmp＜0

Pec＜0，　Psc＜0，　Pmc＜0

显然，功率绕组吸收的机械功率Pmp除去相关损耗后，一部分转化成为功率绕组侧的电磁功率Pep输送给电网，而另一部分则与控制绕组吸收的机械功率Pmc除去相关损耗后都转化为控制绕组侧的电磁功率Pec通过变频器向电网回馈电能，其功率流向如图5-15（d）所示。

由上面的分析可以看出：无刷双馈电机运行在低速区发电状态时，控制绕组通过变频器从电源吸收能量，合并转轴机械功率一并由功率绕组端输出；运行在中速区和高速区电动状态时，转轴机械功率通过功率绕组和控制绕组同时向电网馈电。