双馈异步发电机：结构、特点及功率特性

双馈发电机定子结构与感应发电机相同，转子结构带有集电环和电刷，与绕线转子感应发电机和同步发电机不同的是，转子侧可以加入交流励磁，转子的转速与励磁频率有关，既可以输入电能，也可以输出电能。图8-1为双馈发电机外形和连接方式。

图8-1 双馈异步发电机

a）外形 b）连接方式

双馈发电机是一种更为一般的机型，其特点是采用交流励磁。如果励磁电流的幅值为零，即等同于感应发电机；如果励磁电流的频率为零，即等同于同步发电机。双馈型发电机的内部电磁关系既不同于感应发电机，又不同于同步发电机，但它却同时具有异步机和同步机的某些特性。

双馈发电机在一般状态下是异步运行的。异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频率关系可表示为

式中 f₁——定子电流的频率，单位为Hz，f₁＝pn₁／60，n₁为同步转速；

p——发电机的极对数；

n——转子的转速，单位为r／min；

f₂——转子电流的频率，单位为Hz，因f₂＝sf₁，故f₂又称为转差频率。

由式（8-1）可见，当发电机的转速n变化时，可通过调节f₂来维持f₁不变，以保证与电网频率相同，实现变速恒频控制。(www.xing528.com)

根据转子转速的不同，双馈异步发电机可以有三种运行状态：

（1）亚同步运行状态。此时n＜n₁，转差率s＞0，频率为f₂的转子电流产生的旋转磁场的转速与转子转速同方向，功率流向如图8-2a所示。

（2）超同步运行状态。此时n＞n₁，转差率s＜0，转子中的电流相序发生了改变，频率为f₂的转子电流产生的旋转磁场的转速与转子转速反方向，功率流向如图8-2b所示。

（3）同步运行状态。此时n＝n₁，f₂＝0，转子中的电流为直流，与同步发电机相同。

双馈异步发电机运行时的功率特性与其他发电机不同。若不计定、转子的损耗，从转子传送到定子上的电磁功率P_em，发电机输出的电功率（1－s）P_em，转子输入的电功率sP_em，有如下关系

P_em＝（1－s）P_em＋sP_em （8-2）

从上式可见，亚同步运行状态时，转差率s＞0，sP_em＞0，需要向转子绕组馈入电功率，发电机输出的电功率只有（1－s）P_em，比转子传送到定子上的电磁功率P_em小；超同步运行状态时，转差率s＜0，转子输入的电功率sP_em为负值，定、转子同时发电，转子发出的电能经双向变流器馈入电网，总输出的电功率为（1＋s）P_em，大于P_em，这是双馈异步发电机的一个重要特性。

图8-2 双馈异步发电机运行时的功率流向

a）亚同步运行 b）超同步运行