無(wú)刷雙饋型變速恒頻系統(tǒng)

雙饋電機(jī)的無(wú)刷化可采用兩種方式:

( 1) 雙電機(jī)級(jí)聯(lián)式
級(jí)聯(lián)式雙饋感應(yīng)電機(jī)是一種過(guò)渡形式, 它由兩臺(tái)繞線(xiàn)式感應(yīng)電機(jī)同軸串聯(lián)而成, 具有兩套分離的定、轉(zhuǎn)子繞組,兩臺(tái)電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子電路的連接實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電氣上的一體化, 以消除電刷。其中一臺(tái)機(jī)的定子直接連電網(wǎng), 另一臺(tái)繞線(xiàn)式感應(yīng)電機(jī)的定子通過(guò)變換器供電, 兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組不用滑環(huán)電刷而直接相聯(lián), 控制變換器既可實(shí)現(xiàn)整個(gè)級(jí)聯(lián)電機(jī)的控制。由于其中一臺(tái)作為功率電機(jī), 一臺(tái)作為控制電機(jī), 因而控制與功率是獨(dú)立的磁路, 很容易實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的解耦。但是數(shù)量巨大的繞組數(shù), 使得在機(jī)組上的損耗很大, 所以效率低。

示意圖如圖4 所示。

( 2) 單電機(jī)無(wú)刷雙饋
系統(tǒng)如圖5 所示。采用單電機(jī)的無(wú)刷雙饋電機(jī)是在定子上安裝兩套極數(shù)不同的繞組, 一為功率繞組, 直接接電網(wǎng); 另一為控制繞組, 通過(guò)雙向變換器接電網(wǎng)。兩套定子繞組在電路和磁路方面是解耦的。其發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為特殊設(shè)計(jì)無(wú)刷的籠型結(jié)構(gòu)或者磁阻式結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)子極數(shù)為定子兩個(gè)繞組極數(shù)之和, 通過(guò)限制磁通路徑, 以產(chǎn)生交、直軸方向上的磁阻差別, 來(lái)調(diào)制定子繞組產(chǎn)生的極數(shù)不同的氣隙磁場(chǎng)。

圖5 無(wú)刷變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)
無(wú)刷雙饋電機(jī)中定子的功率繞組和控制繞組的作用,相當(dāng)于繞線(xiàn)式雙饋電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組, 單電機(jī)的無(wú)刷化比雙電機(jī)方案體積小、成本低, 其缺點(diǎn)是電機(jī)的設(shè)計(jì)比雙電機(jī)復(fù)雜。雖然兩種電機(jī)的運(yùn)行機(jī)制不同, 但在控制上可以通過(guò)和繞線(xiàn)式雙饋電機(jī)同樣的策略實(shí)現(xiàn):
fp±fc=( Pp+Pc ) fm式中: fp 是定子功率繞組電流頻率, 與電網(wǎng)頻率相同; fc是定子控制繞組電流頻率; Pp 是定子功率繞組的極對(duì)數(shù); Pc是定子控制繞組的極對(duì)數(shù)。超同步時(shí), 取“+”, 亞同步時(shí)取“- ”。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速nm 變化時(shí), 即fm 變化時(shí), 若控制fc 相應(yīng)發(fā)生變化, fp 將保持恒定不變, 從而實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制。此系統(tǒng)控制方案是在定子側(cè)實(shí)現(xiàn)的, 但流過(guò)定子控制繞組的功率僅為無(wú)刷雙饋型發(fā)電機(jī)總功率的一小部分, 這是由于控制繞組的功率為功率繞組功率的Pc / (Pp+Pc) , 雙向變換器的容量也僅為發(fā)電機(jī)容量的一小部分。這種控制方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制, 變頻器容量只占系統(tǒng)容量的一小部分, 還可以實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的靈活控制, 對(duì)電網(wǎng)而言可起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔? 同時(shí)發(fā)電機(jī)本身沒(méi)有滑環(huán)和電刷, 既降低了電機(jī)的成本, 又提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。由于無(wú)刷雙饋電機(jī)兼有籠型、繞線(xiàn)型異步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)的共同優(yōu)點(diǎn), 還可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)和運(yùn)行速度, 因此非常適合于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)不是十分成熟, 處于理論研究階段, 尚未進(jìn)入工程實(shí)用階段。