‰测如咖
理论与设计
双馈异步发电机的工作原理及电磁设计
高亚州１
史荫生２
白惠珍１
１河北工业大学（３００１３０）
２天津赛瑞机器设备有限公司（３００３０１）
ＴｈｅＰｒｉｎｅｉｎｐｌｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＤｅｓｉｇｎｏｆＤｏｕｂｌｙ－ｆｅｄＩｎｄｕｅｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ
ＧａｏＹａｚｈｏｕ
ＳｈｉＨｎｓｈｅｎｇ
Ｂａｉ
Ｈｕｉｚｈｅｎ
ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＴｉａｎｊｉｎＳＥＲＩＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ
摘
要：双馈异步发电机是结合了异步发电机和同
进行分析，并对其电磁设计进行探讨。
步发电机优点的一种发电机。它在风力、水力等发电领域有广泛的应用前景。该文分析了双馈异步电机基本工作１
原理，给出了其电磁设计的特点，包括确定电机的计算功基本工作原理
率及主要尺寸＇电机的电磁负荷及转子励磁电压等。
关键词：双馈异步发电机电磁设计
１．１电气特点
Ａｂｓｔｒａｅｔｔ
Ｄｏｕｂｌｙ．ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ、ｉｓ
ＤＦＩＧ也称异步同步化机，其定子与普通同ａ
ｋｉｎｄｏｆｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆ
步电机没有区别，但其转子具有两相或两相以上ｂｏｔｈｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓａｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ．Ｉｔ
可控励磁绕组，ＤＦＩＧ电气结构如图ｌ。
ｈａｓ
ａ
ｗｉｄｅ
ｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ
ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｕｃｈ
ａｓ
ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ａｎｄｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｄｅｔａｉｌｅｄ
ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＤＦＩＧ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒ
ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ
ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｔｓｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ
ｄｅｓｉｇｎｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｈｏｗｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ
ｐｏｗｅｒ
蛳异步茂黾■Ｌ
ａｎｄ
ｍａｉｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆａｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｃｈｏｏｓｅｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ’ｓ
图１双馈异步发电机的电气结构图
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｏａｄａｎｄｄｅｆｉｎｅｔｈｅｒｏｔｏｒ’Ｓｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｖｏｌｔａｇｅ．
由图ｌ可知，ＤＦＩＧ的定子与电网直接相连，Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄｉｎ（ｈｌｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）而转子通过变频电源与电网相连。通过变频电源Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｄｅｓｉｇｎ
可对转子励磁进行调节，调节励磁电流幅值、改变励磁频率和改变相位。通过改变励磁频率，可双馈异步发电机（ＤＦＩＧ）具有良好的调速性改变电机的转速；改变转子励磁电流的相位，导能、有功和无功功率独立可调、可提高系统的稳致发电机电势与电网电压相对位置改变（相当于定性、所需励磁容量相对较小等优点【２ｌ。目前，它改变了电机的功率角）。
已广泛应用于风力发电，由于具有优于同步发电１．２工作原理
机的性能，它的大量应用对提高电力系统的安全根据旋转电机能量转换原理，电机稳态运行与稳定有重大意义。
的条件是：转子角速度为任意值时，由定子电流和本文利用电机学理论，对ＤＦＩＧ的工作原理
转子电流产生的旋转磁势之间没有相对位移【３１。
‘电抚技术）２００９年第６期・１・
万
方数据
理论与设计
ＣＯｌ＝０９，±∞２
（１）
式中：０９１—－ｊ电子磁通量对定子的角速度；
０９，一转子的电角速度；
∞２一转子磁通量对转子的角速度。
取“．”号时，电机处于亚同步状态；取“＋”时，电机处于超同步状态；当∞ｌ＝∞，时，电机处于同步状态。
由刀：型
（２）
Ｐ
ｏ＝２兀ｆ
（３）
式（１）可写为：
＾２罱＋ｆ２
（４）
式中：Ａ—啶子电流频率；
甩一电机转速；ｐ一电机极对数；正一转子电流频率。
当电机转速ｎ变化时，需调节如，可使＾保持恒定，实现电机的变速恒频控制【４１。当发电机处亚同步状态时，变频电源向转子励磁，定子向电网提供电能；当电机处于超同步状态时，定、转子同时向电网提供电能；当电机处于同步状态时，变频电源向转子提供直流励磁，定子向电网提供电能。１．３等效电路与定、转子电流
如上所述，ＤＦＩＧ的特点是转子中除有感应电流外，还有从电网馈入低频电流，即转子侧也是有源的，因而可得出ＤＦＩＧ的等效电路（如图
２）。
ｒＩ
工１＾
ｘ＇＾ｒ＇２／ｓ
图２双馈异步发电机的等效电路
根据图２列出电机的电压和磁动势方程：
ＵＩ＝ＥＩ－（ｒｌ＋ＪＸｌａ）１１
等也＋（字％加，：
（５）
１１
ｆｌ。寸１１ＥＩ＝Ｅ’２－－－－－ｊＸｒａ／ｍ
・２・２００９年第６期《电机技术》
万
方数据黝ａｎｄ么咖
式中：，’ｍ、，’２一分别为激磁电流和转子电流的
，．７２、Ｘ’２０一分别为转子电阻和漏抗的归算
值；
‰一激磁电抗。
由式（５）得出定、转子电流：
五：＾＝—————＿———————————＿
扔（纫旦ｒｔ）．丝
，２２磊丽蕊∽’
（Ｊｉ｝Ｆｌ撕ｌ字）呵（ｘｌ。韶ｌ∥如－，ｌ三ＳＸ三－ｍ）
竺型：三；
（６）
．
“孚慨了三）
式中：
豇１２三＝ｌ＋Ｘ‰ｌ＿ｚ，七２＿‰Ｘ２＝１４Ｘ‰＇２０
（８）
可以看出，定子和转子电流均由两部分组
成：其中Ｊｌ（１）和五（１）分别为定子边加有电压矾、
转子短路时的定、转子电流；Ｊｌ（２）和Ｊ２（２）是转
子边加有电压眈、定子短路时的定、转子的电流
［５１。其中：
ｆ．
ｕｌ（七２√子ｏ，ａ，ｍ）
ｒ尸忑万磊磊石
ｒ磊虿＃蕊ｒ
Ｉ．
孚
ｏ㈥
．
竿（埘兰）ｓ
。。‰
，２（２）。忑虿ｒ２五磊，巧ｒ
２
通过以上分析可知：ＤＦＩＧ的定子电流ｊｌ不仅与定子端电压Ｄｌ和转子转差率Ｓ有关，而且与转
黝一么，妒
子端电压巩也密切相关。通过调节巩的幅值、相位和频率，就可改变定子电流，ｌ的大小，实现电机有功和无功功率的独立调节。
２
电磁设计
２．１主要尺寸的确定
ＤＦＩＧ的极对数可参照同容量异步电机的选择标准，常采用４极或６极，从减小励磁容量，降低电机制造成本和工艺难度方面而言，采用４极更合适。
电机主要尺寸的基本关系为：］厂——
式中：Ｄ一电机定子直径；
字＝ＣＡ－』ａ＇ｐＫＮｍＫａＣＩＢ８
（１０）‘１ｕ，
ｌ。厂电机铁心的有效长度；
尸Ｌ一计算功率；
ＣＡ一电机常数；
ａ’。一极弧系数；
ＫＮｍ一气隙磁场波形系数；＆。一电枢的绕组系数；彳一线负荷；Ｂ６一气隙磁密。
对—定功率和转速范围的电机，ａ，ｐ、ＫＮｍ和ＫｄｐＤＦＩＧ的能量流程图与传统的电机有较大区Ｐ，：坠
当ＤＦＩＧ转速小于同步转速时：
（１１）
ｃｏｓｃＮ
当ＤＦＩＧ转速大于或等于同步转速时：
Ｐ，：型翌（１．ｓ）
（１２）
７７Ｎｃｏｓ９Ｎ
在初选电机尺寸时，可按式（１１）确定计算功万
方数据理论与设计
２．３电磁负荷的选择
应从电机综合技术经济指标来选取合适的彳、曰６值。由于ＤＦＩＧ应用在通风条件较好的情况下，可比同容量的异步电机或同步电机的电磁负荷值较大些。
２．４转子励磁电压的计算
ＤＦＩＧ的转子励磁电压可通过两种方法求得。一种是通过电机的等效电路和基本方程得到，另一种是通过转子堵转的开路电压和转差率得到。本文采用后一种方法，由式：
Ｕ’２＝（ｒ＇２＋ｊｓｘ’２０）Ｉ＇２＋ｓＥ’２
（１３）
考虑到转子侧电阻和漏抗值很小，可忽略其
电压降，则：
Ｕ７２＝ｓＥ’２
（１４）
Ｅ
ｒ２为转子堵转开路电压，是ＤＦＩＧ特有的一
个参数为：
Ｅ‘，２＝ＫＥＵ‘１拌
７吾：≮产
（１５）
ｔｋｌｐｌＺ－，ｌ妒
其中：ｋｐｌ、Ｋｄｐ２—－ｊ芒、转子基波绕组系数；
Ｚ扒Ｚ妒２—＿定、转子每相串联导体数。
代入式（１４），得转子励磁电压：
ｉＪ＇２＝ｓＫＥ扔歹Ｋｄ了ｐ２Ｚ妒２
（１６）
ｒＬｄｐｌＬｌ妒
在电机正常运行时，转子励磁电压Ｕ’２的取
值可根据定子电压仉来确定。２．５转子励磁容量的计算
ＤＦＩＧ的转子侧的变频器容量的大小关系到整个发电系统的经济成本，在忽略电机铁耗情况下＇由电机的功率传递关系。
定子侧功率方程：
ｆ尸。＝次。（ｍｌＥｌｌｌ）－－Ｐｅａｌ十Ｐｌ
｛Ｐｃｕｌ＝ｍ１／１２ｒｌ
（１７）
【Ｐｌ＝Ｒｃ（ｍｌ阢ｌｌ’）＝ｍｌＵｌＩｌＣＯＳ９ｌ
转子侧功率方程：
ｆ尸２＝次。（ｍ２Ｕ＇２１’２）＝０、２±Ｐｅａ２
｛Ｐｃｕ２＝ｍ２１７２２，．’２
（１８）
【Ｐｅ２＝Ｒ。（ｍ２Ｅ’２Ｉ’２）咄。（ｍｌＥｌｌｌ）
在忽略定、转子绕组铜耗情况下＇转子端输
（下转第８页）
‘电机技术）２０眇年第６期・３・
变化范围很小，可看成常数。所以电机的主要尺寸主要与计算功率Ｐ’和电磁负荷４、Ｂ６有关【６１。２．２计算功率的确定
别，其能量输出途径不仅包括定子的电功率和转子的机械功率，还包括转子励磁的电功率。因此计算功率应根据电机的转速来确定【７１。
率，其中电势系数ＫＥ初始值假设在１．０５～１．１５之间
【８】。
理论与设计
釉删幽泓
联绕组电势向量相位，如图４所示。
。一一左５端点，该直线长度就是Ｕ相第１联绕组电势值，在末端画上箭头，代表第ｌ联绕组电势向量相位，如图４所示。
分别测量Ｗ、Ｖ、Ｕ三相向量长度相等，三相向量之间夹角均等于１２０。，满足三相对称性要求。
验证方法之三（出厂试验阶段）：整机试验法。
由原动机驱动发电机机并加速至额定转速，图４向量作图法验证三相绕组电压对称性
用交流电压表分别检测三相相电压应相等，再测三个线电压也应相等，符合三相电压对称性要画Ｖ相绕组电势向量图，同样从图ｌｂ先后复求。若出现相电压不相等，说明三相槽的分配、制平移应６、岛、古８、－Ｅ１４，－Ｅ１５，并按匝数值５、６，分组、绕组匝数或绕组嵌接线有误；若相电压相５－６、５分别截取各对应绕组电势向量长度，连接等但线电压不相等，说明三相相位差不相等。则。一－端点，该直线长度就是Ｖ相第ｌ联绕组电势可能槽的分相、绕组嵌接线有误，应从槽星形向值，在末端画上箭头，代表第ｌ联绕组电势向量相量分相、槽分组、匝数分配及嵌接线逐一检查、位，如图４所示。
排除错误，直至三相对称为止。整机试验法是产画Ｕ相绕组电势向量图，同样从图ｌｂ先后复
品出厂检验的必经程序，是三相对称性的最终判制平移它ｌｌ、Ｅ１２、古１３、也，垃５，并按匝数值５、６、
断依据。
５－６、５分别截取各对应绕组电势向量长度，连接
（收藕日期：２００９．０６．１６）
Ｏ●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０■０●０●０●０●０●０●０●０●０
（上接第３页）
入（或输出）的电功率为：
参考文黻
Ｐ２＝ｓＰＩ
（１９）
１夏卡粱著，徐绳均等译．异步化同步电机．中国电力出版社，１９９７．根据资料统计，ＤＦＩＧ的调速范围一般为额２戴政．可变速风力发电系统综述．电机技术．２００９．３汤蕴瑶，史乃．电机学．机械工业出版杜，２００１．
定转速的１０％～２０％，所以在稳态运行时，转子的４
ＶｉｃａｔｏｓＭ
Ｓ，ｅｔ
ａ１．Ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆａ
ｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｅ－
励磁容量约为定子输出功率的１／５。
ｔｉｏｎ
ｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｄｅｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ
ＴｒａｎｓＯｎ
Ｅｎｅｒｇｙ
Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．１９８９。４（３）：４９５・５０１．
５许善椿，黄曦东．交流励磁双馈发电机的原理、能量关系和应甩
３
结论
哈尔滨电工学院学报。１９９５．
６陈世坤．电机设计．机械工业出版社，２０００．
７廖勇，杨顺昌．交流励磁发电机的电磁设ｉ十．重庆大学学报。
本文就ＤＦＩＧ的工作原理，等效电路，定、转
１９９９。２４（９）：８７－９０．
子电流和电磁设计等进行了分析，为ＤＦＩＧ的最优８扬强，黄守道，高剑．兆瓦级交流双馈风力发电机的电磁设计研究．大电机技术，２００７．
化设计、具体应用及提高其性提供参考。
（收稿日期：２００９－０６・１７．）
璇※※※※※袋※※璇※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※袋※※袋｛９乏※※旅※※※
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・０・Ｚ００９年第６期《电帆技术》
万
方数据
‰测如咖
理论与设计
双馈异步发电机的工作原理及电磁设计
高亚州１
史荫生２
白惠珍１
１河北工业大学（３００１３０）
２天津赛瑞机器设备有限公司（３００３０１）
ＴｈｅＰｒｉｎｅｉｎｐｌｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＤｅｓｉｇｎｏｆＤｏｕｂｌｙ－ｆｅｄＩｎｄｕｅｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ
ＧａｏＹａｚｈｏｕ
ＳｈｉＨｎｓｈｅｎｇ
Ｂａｉ
Ｈｕｉｚｈｅｎ
ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＴｉａｎｊｉｎＳＥＲＩＭａｃｈｉｎｅｒｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ
摘
要：双馈异步发电机是结合了异步发电机和同
进行分析，并对其电磁设计进行探讨。
步发电机优点的一种发电机。它在风力、水力等发电领域有广泛的应用前景。该文分析了双馈异步电机基本工作１
原理，给出了其电磁设计的特点，包括确定电机的计算功基本工作原理
率及主要尺寸＇电机的电磁负荷及转子励磁电压等。
关键词：双馈异步发电机电磁设计
１．１电气特点
Ａｂｓｔｒａｅｔｔ
Ｄｏｕｂｌｙ．ｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ、ｉｓ
ＤＦＩＧ也称异步同步化机，其定子与普通同ａ
ｋｉｎｄｏｆｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｈｉｃｈｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆ
步电机没有区别，但其转子具有两相或两相以上ｂｏｔｈｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓａｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ．Ｉｔ
可控励磁绕组，ＤＦＩＧ电气结构如图ｌ。
ｈａｓ
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ｗｉｄｅ
ｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ
ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｕｃｈ
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ａｎｄｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｄｅｔａｉｌｅｄ
ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＤＦＩＧ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒ
ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ
ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｔｓｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ
ｄｅｓｉｇｎｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｈｏｗｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ
ｐｏｗｅｒ
蛳异步茂黾■Ｌ
ａｎｄ
ｍａｉｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆａｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｃｈｏｏｓｅｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ’ｓ
图１双馈异步发电机的电气结构图
ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｏａｄａｎｄｄｅｆｉｎｅｔｈｅｒｏｔｏｒ’Ｓｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
ｖｏｌｔａｇｅ．
由图ｌ可知，ＤＦＩＧ的定子与电网直接相连，Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄｉｎ（ｈｌｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）而转子通过变频电源与电网相连。通过变频电源Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｄｅｓｉｇｎ
可对转子励磁进行调节，调节励磁电流幅值、改变励磁频率和改变相位。通过改变励磁频率，可双馈异步发电机（ＤＦＩＧ）具有良好的调速性改变电机的转速；改变转子励磁电流的相位，导能、有功和无功功率独立可调、可提高系统的稳致发电机电势与电网电压相对位置改变（相当于定性、所需励磁容量相对较小等优点【２ｌ。目前，它改变了电机的功率角）。
已广泛应用于风力发电，由于具有优于同步发电１．２工作原理
机的性能，它的大量应用对提高电力系统的安全根据旋转电机能量转换原理，电机稳态运行与稳定有重大意义。
的条件是：转子角速度为任意值时，由定子电流和本文利用电机学理论，对ＤＦＩＧ的工作原理
转子电流产生的旋转磁势之间没有相对位移【３１。
‘电抚技术）２００９年第６期・１・
万
方数据
理论与设计
ＣＯｌ＝０９，±∞２
（１）
式中：０９１—－ｊ电子磁通量对定子的角速度；
０９，一转子的电角速度；
∞２一转子磁通量对转子的角速度。
取“．”号时，电机处于亚同步状态；取“＋”时，电机处于超同步状态；当∞ｌ＝∞，时，电机处于同步状态。
由刀：型
（２）
Ｐ
ｏ＝２兀ｆ
（３）
式（１）可写为：
＾２罱＋ｆ２
（４）
式中：Ａ—啶子电流频率；
甩一电机转速；ｐ一电机极对数；正一转子电流频率。
当电机转速ｎ变化时，需调节如，可使＾保持恒定，实现电机的变速恒频控制【４１。当发电机处亚同步状态时，变频电源向转子励磁，定子向电网提供电能；当电机处于超同步状态时，定、转子同时向电网提供电能；当电机处于同步状态时，变频电源向转子提供直流励磁，定子向电网提供电能。１．３等效电路与定、转子电流
如上所述，ＤＦＩＧ的特点是转子中除有感应电流外，还有从电网馈入低频电流，即转子侧也是有源的，因而可得出ＤＦＩＧ的等效电路（如图
２）。
ｒＩ
工１＾
ｘ＇＾ｒ＇２／ｓ
图２双馈异步发电机的等效电路
根据图２列出电机的电压和磁动势方程：
ＵＩ＝ＥＩ－（ｒｌ＋ＪＸｌａ）１１
等也＋（字％加，：
（５）
１１
ｆｌ。寸１１ＥＩ＝Ｅ’２－－－－－ｊＸｒａ／ｍ
・２・２００９年第６期《电机技术》
万
方数据黝ａｎｄ么咖
式中：，’ｍ、，’２一分别为激磁电流和转子电流的
，．７２、Ｘ’２０一分别为转子电阻和漏抗的归算
值；
‰一激磁电抗。
由式（５）得出定、转子电流：
五：＾＝—————＿———————————＿
扔（纫旦ｒｔ）．丝
，２２磊丽蕊∽’
（Ｊｉ｝Ｆｌ撕ｌ字）呵（ｘｌ。韶ｌ∥如－，ｌ三ＳＸ三－ｍ）
竺型：三；
（６）
．
“孚慨了三）
式中：
豇１２三＝ｌ＋Ｘ‰ｌ＿ｚ，七２＿‰Ｘ２＝１４Ｘ‰＇２０
（８）
可以看出，定子和转子电流均由两部分组
成：其中Ｊｌ（１）和五（１）分别为定子边加有电压矾、
转子短路时的定、转子电流；Ｊｌ（２）和Ｊ２（２）是转
子边加有电压眈、定子短路时的定、转子的电流
［５１。其中：
ｆ．
ｕｌ（七２√子ｏ，ａ，ｍ）
ｒ尸忑万磊磊石
ｒ磊虿＃蕊ｒ
Ｉ．
孚
ｏ㈥
．
竿（埘兰）ｓ
。。‰
，２（２）。忑虿ｒ２五磊，巧ｒ
２
通过以上分析可知：ＤＦＩＧ的定子电流ｊｌ不仅与定子端电压Ｄｌ和转子转差率Ｓ有关，而且与转
黝一么，妒
子端电压巩也密切相关。通过调节巩的幅值、相位和频率，就可改变定子电流，ｌ的大小，实现电机有功和无功功率的独立调节。
２
电磁设计
２．１主要尺寸的确定
ＤＦＩＧ的极对数可参照同容量异步电机的选择标准，常采用４极或６极，从减小励磁容量，降低电机制造成本和工艺难度方面而言，采用４极更合适。
电机主要尺寸的基本关系为：］厂——
式中：Ｄ一电机定子直径；
字＝ＣＡ－』ａ＇ｐＫＮｍＫａＣＩＢ８
（１０）‘１ｕ，
ｌ。厂电机铁心的有效长度；
尸Ｌ一计算功率；
ＣＡ一电机常数；
ａ’。一极弧系数；
ＫＮｍ一气隙磁场波形系数；＆。一电枢的绕组系数；彳一线负荷；Ｂ６一气隙磁密。
对—定功率和转速范围的电机，ａ，ｐ、ＫＮｍ和ＫｄｐＤＦＩＧ的能量流程图与传统的电机有较大区Ｐ，：坠
当ＤＦＩＧ转速小于同步转速时：
（１１）
ｃｏｓｃＮ
当ＤＦＩＧ转速大于或等于同步转速时：
Ｐ，：型翌（１．ｓ）
（１２）
７７Ｎｃｏｓ９Ｎ
在初选电机尺寸时，可按式（１１）确定计算功万
方数据理论与设计
２．３电磁负荷的选择
应从电机综合技术经济指标来选取合适的彳、曰６值。由于ＤＦＩＧ应用在通风条件较好的情况下，可比同容量的异步电机或同步电机的电磁负荷值较大些。
２．４转子励磁电压的计算
ＤＦＩＧ的转子励磁电压可通过两种方法求得。一种是通过电机的等效电路和基本方程得到，另一种是通过转子堵转的开路电压和转差率得到。本文采用后一种方法，由式：
Ｕ’２＝（ｒ＇２＋ｊｓｘ’２０）Ｉ＇２＋ｓＥ’２
（１３）
考虑到转子侧电阻和漏抗值很小，可忽略其
电压降，则：
Ｕ７２＝ｓＥ’２
（１４）
Ｅ
ｒ２为转子堵转开路电压，是ＤＦＩＧ特有的一
个参数为：
Ｅ‘，２＝ＫＥＵ‘１拌
７吾：≮产
（１５）
ｔｋｌｐｌＺ－，ｌ妒
其中：ｋｐｌ、Ｋｄｐ２—－ｊ芒、转子基波绕组系数；
Ｚ扒Ｚ妒２—＿定、转子每相串联导体数。
代入式（１４），得转子励磁电压：
ｉＪ＇２＝ｓＫＥ扔歹Ｋｄ了ｐ２Ｚ妒２
（１６）
ｒＬｄｐｌＬｌ妒
在电机正常运行时，转子励磁电压Ｕ’２的取
值可根据定子电压仉来确定。２．５转子励磁容量的计算
ＤＦＩＧ的转子侧的变频器容量的大小关系到整个发电系统的经济成本，在忽略电机铁耗情况下＇由电机的功率传递关系。
定子侧功率方程：
ｆ尸。＝次。（ｍｌＥｌｌｌ）－－Ｐｅａｌ十Ｐｌ
｛Ｐｃｕｌ＝ｍ１／１２ｒｌ
（１７）
【Ｐｌ＝Ｒｃ（ｍｌ阢ｌｌ’）＝ｍｌＵｌＩｌＣＯＳ９ｌ
转子侧功率方程：
ｆ尸２＝次。（ｍ２Ｕ＇２１’２）＝０、２±Ｐｅａ２
｛Ｐｃｕ２＝ｍ２１７２２，．’２
（１８）
【Ｐｅ２＝Ｒ。（ｍ２Ｅ’２Ｉ’２）咄。（ｍｌＥｌｌｌ）
在忽略定、转子绕组铜耗情况下＇转子端输
（下转第８页）
‘电机技术）２０眇年第６期・３・
变化范围很小，可看成常数。所以电机的主要尺寸主要与计算功率Ｐ’和电磁负荷４、Ｂ６有关【６１。２．２计算功率的确定
别，其能量输出途径不仅包括定子的电功率和转子的机械功率，还包括转子励磁的电功率。因此计算功率应根据电机的转速来确定【７１。
率，其中电势系数ＫＥ初始值假设在１．０５～１．１５之间
【８】。
理论与设计
釉删幽泓
联绕组电势向量相位，如图４所示。
。一一左５端点，该直线长度就是Ｕ相第１联绕组电势值，在末端画上箭头，代表第ｌ联绕组电势向量相位，如图４所示。
分别测量Ｗ、Ｖ、Ｕ三相向量长度相等，三相向量之间夹角均等于１２０。，满足三相对称性要求。
验证方法之三（出厂试验阶段）：整机试验法。
由原动机驱动发电机机并加速至额定转速，图４向量作图法验证三相绕组电压对称性
用交流电压表分别检测三相相电压应相等，再测三个线电压也应相等，符合三相电压对称性要画Ｖ相绕组电势向量图，同样从图ｌｂ先后复求。若出现相电压不相等，说明三相槽的分配、制平移应６、岛、古８、－Ｅ１４，－Ｅ１５，并按匝数值５、６，分组、绕组匝数或绕组嵌接线有误；若相电压相５－６、５分别截取各对应绕组电势向量长度，连接等但线电压不相等，说明三相相位差不相等。则。一－端点，该直线长度就是Ｖ相第ｌ联绕组电势可能槽的分相、绕组嵌接线有误，应从槽星形向值，在末端画上箭头，代表第ｌ联绕组电势向量相量分相、槽分组、匝数分配及嵌接线逐一检查、位，如图４所示。
排除错误，直至三相对称为止。整机试验法是产画Ｕ相绕组电势向量图，同样从图ｌｂ先后复
品出厂检验的必经程序，是三相对称性的最终判制平移它ｌｌ、Ｅ１２、古１３、也，垃５，并按匝数值５、６、
断依据。
５－６、５分别截取各对应绕组电势向量长度，连接
（收藕日期：２００９．０６．１６）
Ｏ●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０●０■０●０●０●０●０●０●０●０●０
（上接第３页）
入（或输出）的电功率为：
参考文黻
Ｐ２＝ｓＰＩ
（１９）
１夏卡粱著，徐绳均等译．异步化同步电机．中国电力出版社，１９９７．根据资料统计，ＤＦＩＧ的调速范围一般为额２戴政．可变速风力发电系统综述．电机技术．２００９．３汤蕴瑶，史乃．电机学．机械工业出版杜，２００１．
定转速的１０％～２０％，所以在稳态运行时，转子的４
ＶｉｃａｔｏｓＭ
Ｓ，ｅｔ
ａ１．Ｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆａ
ｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｅ－
励磁容量约为定子输出功率的１／５。
ｔｉｏｎ
ｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｄｅｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ
ＴｒａｎｓＯｎ
Ｅｎｅｒｇｙ
Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．１９８９。４（３）：４９５・５０１．
５许善椿，黄曦东．交流励磁双馈发电机的原理、能量关系和应甩
３
结论
哈尔滨电工学院学报。１９９５．
６陈世坤．电机设计．机械工业出版社，２０００．
７廖勇，杨顺昌．交流励磁发电机的电磁设ｉ十．重庆大学学报。
本文就ＤＦＩＧ的工作原理，等效电路，定、转
１９９９。２４（９）：８７－９０．
子电流和电磁设计等进行了分析，为ＤＦＩＧ的最优８扬强，黄守道，高剑．兆瓦级交流双馈风力发电机的电磁设计研究．大电机技术，２００７．
化设计、具体应用及提高其性提供参考。
（收稿日期：２００９－０６・１７．）
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