题目：简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向
一、双馈异步发电机及其工作原理 1、双馈异步发电机
双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，是变频风力发电机组的核心部分，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。该发电机主要有电机本体和冷却系统两大部分组成。电机本体有定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成“柔性连接”，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。 2、双馈异步发电机的工作原理
根据电机学理论，在转子三相对称绕组中通入三相对称的交流电，将在电机气隙间产生磁场，此旋转此磁场的转速与所通入的交流电的频率及电机的极对数p有关。
60f2n2?p （1-1）
f2的三相对称交流励磁电流后所产
式（1-1）中，n2为转子中通入频率为
生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度（r/min）。
从式（1-1）中可知，改变频率
f2,即可改变n2。因此若设n1为对应于电网
频率50Hz（f2?50Hz）时发电机的同步转速，而n为发电机转子本身的旋转速度，只要转子旋转磁场的转速与转子本身的机械速度n相加等于定子磁场的同步旋转速度n1,即
n?n2?n1 （1-2）
则定子绕组感应出的电动势的频率将始终维持为电网频率
f1不变。式（1-2）中，
当n2与n旋转方向相同时，n2取正值，当n2与n旋转方向相反时，n2取负值。
由于
n1?60f1 （1-3） p将式（1-1），式（1-3）代入式（1-2）中，式（1-2）可另写为
np?f2?f1 （1-4） 60式（1-4）表明不论发电机的转子速度n随风力机如何变化，只要通过转子的励磁电流的频率满足式（1-4），则双馈异步电动机就能够发出与电网一致的恒定频率的50Hz交流电。
由于发电机运行时，经常用转差率描述发电机的转速，根据转差率
n1?ns?，将式（1-4）中的转速n用转差率s替换，则式（1-4）可变为
n1f2?f1?需要说明，当s<1时，的相序相反实现。
(1?s)n1p?f1(1?s)f1?sf1 （1-5）
60f2为负值，可通过转子绕组的相序与定子绕组懂
通过式（1-5）可知，在双馈异步发电机转子以变化的转速运行时，控制转子电流的频率，可使定子频率恒定。只要在转子的三相对称绕组中通入转差率（sf1）的电流，双馈异步发电机可实现变速恒频运行的目的。
二、双馈异步发电机的功率流向
根据双馈异步发电机转子转速的变化，双馈异步发电机可以有以下三种运行状态：
（1）亚同步状态 当发电机的转速n小于同步转速n1时，由转差率为
f2的电流产出的旋转磁场转速n2与转子方向相同，此时励磁变流器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网。
（2）超同步状态 当发电机的转速n大于同步转速n1时，由转差率为
f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子转动方向相反，此时发电机同时由定子和
转子发出电能电网，励磁变流器的能量流向逆向。
（3）同步运行状态 当发电机的转速n等于同步转速n1时，处于同步状态。此时状态下转差率
f2?0，这表明此时通入转子绕组的电流的频率为0，
即励磁变换器向转子提供直流励磁，以此与普通同步发电机一样。
在不计铁耗和机械损耗的情况下，转子励磁双馈发电机的能量流动关系可以写为
Pm?P2?P1?Pcu1?Pcu2P2?s(P1?Pcu1)?Pcu2
式中，Pm为转子轴上输入的机械功率；P2为转子励磁变流器输入的电功率；
P1为定子输出的电功率；Pcu1为定子绕组铜耗；Pcu2为转子绕组铜耗；s为
转差率。
当发电机的铜耗很小，上诉公式可近似理解为
P2?sP1
转子上所带的变流器是双馈异步发电机的重要部件。根据上式可知，双馈异步发电机构成的变速恒频风力发电系统，其变流器的容量取决于发电机变速运行时最大转差率。一般双馈电机的最大转差率为?，因此变频器的最大容（25%~35%）量仅为发电机额定容量的1/3~1/4，能较多地降低系统成本。
简述双馈异步发电机的基本工作原理及其功率流向
