感应发电机的电磁转矩及优化方法

从发电机数学模型可以求出电磁转矩与发电机转差率的关系。从电机学可知，发电机的电磁转矩为

式中 P_em——电磁功率；

p——电机极对数；

m₁——电机定子相数；

ω₁——定子角频率，即电网角频率；

U₁——定子额定相电压；

s——转差率；

σ₁——校正系数，且有；

R₁——定子绕组的电阻；(www.xing528.com)

X_1σ——定子绕组的漏抗；

R′₂——折算到定子侧的转子每相电阻；

X′_2σ——折算到定子侧的转子每相漏抗。

感应发电机的转矩－转速特性曲线如图4-7所示，图中描述的是电机的电流和转矩根据转速不同的变化情况，其中转子的转速范围涵盖了逆同步转速（s＝2）到双倍同步转速（s＝－1）之间的区间，图中也标出了转子固定不动时的工况（s＝1）。并网后，发电机运行在曲线上的直线段，即发电机的稳定运行区域。发电机输出的电流大小及功率因数决定于转差率s和发电机的参数，对于已制成的发电机，其参数不变，而转差率大小由发电机的负载决定。当风力机传给发电机的机械功率和机械转矩增大时，发电机的输出功率及转矩也随之增大，由图4-7可见，发电机的转速将增大，发电机从原来的平衡点A₁过渡到新的平衡点A₂继续稳定运行。但当发电机输出功率超过其最大转矩对应的功率时，随着输入功率的增大，发电机的制动转矩不但不增大反而减小，发电机转速迅速上升，出现飞车现象，十分危险。因此，必须配备可靠的失速叶片或限速保护装置，以确保在风速超过额定风速及阵风时，从风力机输入的机械功率被限制在一个最大值范围内，从而保证发电机输出的功率不超过其最大转矩所对应的功率。

图4-7 感应发电机的电流、转矩－转速特性

图4-7中，I_k为极限电流，M_k为极限转矩，ω₁为同步角速度。

当电网电压变化时，将会对并网运行的风力感应发电机有一定的影响。因为发电机的电磁制动转矩与电压的二次方成正比，当电网电压下降过大时，发电机也会出现飞车；而当电网电压过高时，发电机的励磁电流将增大，功率因数下降，严重时将导致发电机过载运行。因此，对于小容量的电网，或选用过载能力大的发电机，或配备可靠的过电压和欠电压保护装置。