雙饋電機(jī)原理

1、雙饋電機(jī)原理 1 單饋電機(jī)與雙饋電機(jī)    眾所周知，一般線繞型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（圖1a）或按可控硅低同步串級(jí)調(diào)速（圖1b）其轉(zhuǎn)子調(diào)速 （n）均低于定子同步轉(zhuǎn)速(n1 ),轉(zhuǎn)差功率 （PS）都是從轉(zhuǎn)子繞組輸出，前者消耗在外接電阻上，后者回輸?shù)诫娋W(wǎng)上。 （轉(zhuǎn)差功率 即轉(zhuǎn)子銅耗。電機(jī)同步轉(zhuǎn)速不變，輸出轉(zhuǎn)速變小時(shí)，轉(zhuǎn)子電流增加，轉(zhuǎn)子銅耗增加。即轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差功率越大； 異步電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差額率稱 轉(zhuǎn)差率 ）   通常，人們將這種定

2、子由固定電源（一般為工頻電網(wǎng)電源）供電，轉(zhuǎn)子消耗或回收轉(zhuǎn)差功率的交流異步電動(dòng)機(jī)稱為“單饋”電機(jī)。忽略電機(jī)損耗，設(shè)電機(jī)定子電磁功率為P1，電源相序?yàn)锳-B-C ； 電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組同步轉(zhuǎn)速為n2,(轉(zhuǎn)子三相電流相序?yàn)閍-b-c)；轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械功為PM,則單饋電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系為：    P1=PM+PS . 單饋電機(jī)功率（P1）=轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械功（PM）+轉(zhuǎn)差功率（PS）    n=n1-n2 .單饋電機(jī)轉(zhuǎn)速 （n）=定子同步轉(zhuǎn)速（n1）轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速（ n2）&

3、#160;   欲使電機(jī)轉(zhuǎn)速超越同步轉(zhuǎn)速，根據(jù)電磁感應(yīng)關(guān)系和電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行條件可知，電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)由另一套輸出電壓為Ef的獨(dú)立附加電源Sf（又稱交流勵(lì)磁電源）供電，并向轉(zhuǎn)子繞組輸入轉(zhuǎn)差功率PS，且勵(lì)磁相序應(yīng)改為a-b-c（圖1c）。這種定、轉(zhuǎn)子繞組分別由各自交流電源供電的交流電機(jī)稱為“雙饋”電機(jī)。工作于超同步電動(dòng)狀態(tài)的“雙饋”電機(jī)其功率及轉(zhuǎn)速關(guān)系為：P1+PS=PM 雙饋電機(jī)功率=轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械功（PM）轉(zhuǎn)差功率（PS）n=n1+n2 .雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速=定子同步轉(zhuǎn)速（n1）轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速（n2）    “雙饋”與“單饋”電

4、機(jī)本質(zhì)區(qū)別是：“單饋”電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組三相電流是感生的，輸出轉(zhuǎn)差功率PS（相當(dāng)于“發(fā)電”），三相電流相序不能改變，只能實(shí)現(xiàn)低同步以下（n<n1）調(diào)速；“雙饋”電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組三相電流由轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)E2與Ef共同產(chǎn)生，Sf電源可強(qiáng)制性向電機(jī)輸入PS，且三相電流的相序可加以控制。     在調(diào)速傳動(dòng)中，線饒型電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用并不少見(jiàn)，但作“雙饋”應(yīng)用并不多，這是因采用“雙饋”雖可獲得比“單饋”更好的調(diào)速性能和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但需要增加一套獨(dú)立的雙向變頻電源Sf，且控制系統(tǒng)復(fù)雜。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的滲透，雙饋調(diào)速也日益成熟，并

5、得到推廣應(yīng)用。    2 “雙饋”電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)    設(shè)“雙饋”電機(jī)定子回路供電電壓為U1，電流為I1；轉(zhuǎn)子回路電流為I2,勵(lì)磁電源Sf的輸出電壓為Ef；氣隙磁通為m ，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)為E2 ，忽略電機(jī)各部分損耗，則：    定子側(cè)電磁功率：P1=3U1I1cos 1  (1為I1與U1相位差，即電機(jī)定子側(cè)功率因數(shù))     轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)差功率：PS=3E2I2 

6、;cos2 （2 為I2與E2 相位差，即轉(zhuǎn)子側(cè)功率因數(shù)）    勵(lì)磁電源容量：PfPS=3EfI2 cos. (為I2 與Ef 相位差，即勵(lì)磁電源Sf 的功率因數(shù))     轉(zhuǎn)矩： M=KMI2m sin.（KM 轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)，I2 與m 相位差）    當(dāng)控制1 ，2 相位角時(shí)，可以控制功率P1 與PS&

7、#160;的流轉(zhuǎn)；當(dāng)改變角時(shí)，可改變M的正負(fù)；當(dāng)調(diào)節(jié)時(shí)，可調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的有功分量與無(wú)功分量，從而調(diào)節(jié)cos 1 。圖2示出了“雙饋”電機(jī)調(diào)節(jié)有功功率時(shí)（=0和180°時(shí)的）四種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)各量近似的相位關(guān)系。    從圖2可知，雙饋電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的改變既有標(biāo)量控制，又有矢量控制，當(dāng)需要調(diào)節(jié)cos 1 時(shí)，=0180°    3 多級(jí)組合型勵(lì)磁電源    為使電機(jī)獲得由低同步超同步的無(wú)級(jí)調(diào)速性能和有功與無(wú)功獨(dú)立調(diào)節(jié)

8、的運(yùn)行特性，從上所述可知，作為“雙饋”調(diào)速轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電源的基本條件是：功率可逆流轉(zhuǎn)，且輸出電壓及其電流的幅值、頻率、相位、相序均可調(diào)節(jié)。從理論上講，勵(lì)磁電源可分為二相，三相或多相，下面以選擇三相為例加以說(shuō)明：    3.1 晶閘管相控整流與有源逆變器組合電源（AC-DC-AC）：相控變流電源 （圖3）    它由兩組完全相同的全控橋式整流電路組成，具有中間帶大電感濾波直流環(huán)節(jié)。電機(jī)側(cè)變流器和電源側(cè)變流器在傳遞轉(zhuǎn)差功率PS 時(shí)既可工作于“整流” 狀態(tài)（AC-DC），又可工作于（有

9、源）“逆變”狀態(tài)（DC-AC）。變壓器T是考慮在一定調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓與電網(wǎng)相互匹配而設(shè)置的。    優(yōu)點(diǎn) 采用電網(wǎng)換流，主控電路簡(jiǎn)單，PS雙向控制易實(shí)現(xiàn)。    缺點(diǎn) 勵(lì)磁電流為方波，存在較大諧波轉(zhuǎn)矩；在nn1時(shí)電機(jī)側(cè)變流器無(wú)換流電壓，電機(jī)無(wú)法跨越同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，需另采取特殊換流措施。.     3.2 可控整流器與電壓型SPWM逆變器組合電源(AC-DC-AC)：SPWM變頻電源(圖4)  

10、60; 電源側(cè)變流器是三相全控ACDC相控整流器，電機(jī)側(cè)變流器是三相電壓型SPWM逆變器，具有電容濾波中間直流環(huán)節(jié)。前者為電網(wǎng)換流，后者為自換流逆變器,采用SPWM調(diào)制控制。    優(yōu)點(diǎn) 該組合電源能為轉(zhuǎn)子提供正弦電壓或電流，可消除低次諧波轉(zhuǎn)矩，可在同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)平滑過(guò)渡。     缺點(diǎn) 低頻區(qū)輸出波形較差，動(dòng)態(tài)性能較差，大容量裝置成本高。   3.3 雙高頻PWM整流器組合電源(AC-DC-AC)：:雙向高功率因素高頻整流電源(圖5)&#

11、160;   在電源側(cè)與電機(jī)側(cè)各接一套三相高頻PWM整流電路，通過(guò)中間電容濾波直流環(huán)節(jié)連接起來(lái)。當(dāng)PS 輸出轉(zhuǎn)子，電源側(cè)變流器用作高頻PWM整流(AC-DC)，電機(jī)側(cè)整流器將高頻PWM整流器轉(zhuǎn)化為”逆相”運(yùn)行(DC-AC)，反之，亦然。   優(yōu)點(diǎn) 能向電機(jī)轉(zhuǎn)子提供三相正弦波勵(lì)磁電壓和電流，能使電源側(cè)電壓和電流為正弦波，且功率因素為1。    缺點(diǎn) 可關(guān)斷器件讀，低頻特性差，成本高，控制較復(fù)雜。    4 單級(jí)勵(lì)磁電源

12、    該類電源僅有一級(jí)電能轉(zhuǎn)換器組成。    4.1 晶閘管相控型交交直接變頻器(AC-DC)：直接變頻電源(圖6).    圖6是三相零式AC/AC變頻電路,它是三相交交變頻器最簡(jiǎn)單的一種，由六組三相半波可控整流電路組成。主電路要用18個(gè)元件。在大容量系統(tǒng)中，要采用六組三相全控橋式整流電路，要用36個(gè)元件。在采用”余弦交迭法”對(duì)控制角() 進(jìn)行”調(diào)制”控制時(shí)，可為轉(zhuǎn)子提供正弦勵(lì)磁電壓或電流。    優(yōu)點(diǎn) 

13、;電源無(wú)中間直流環(huán)節(jié)，變換效率高，勵(lì)磁電壓或電流接近正弦波，可減少低次諧波轉(zhuǎn)矩，控流無(wú)”死區(qū)”存在，低頻特性好。，    缺點(diǎn) 主電路元件多，控制復(fù)雜，輸出f0僅為(1/2- 1/3)電源頻率。    4.2 矩陣式AC/AC變頻電源(圖7)    采用9個(gè)二端雙向全控逆導(dǎo)開(kāi)關(guān),(圖7b),按3×3矩陣排列,可組成三相三相矩陣式變換器。這是一種”廣義電能轉(zhuǎn)換器”，采用高頻SPWM控制技術(shù)，通過(guò)不同控制算法可以變更矩陣結(jié)構(gòu)形式,組成直-直

14、斬波(DC-DC) 用于雙饋電機(jī)”起動(dòng)”; 組成直-交逆變（DC-AC）用于雙饋電機(jī)“投勵(lì)”或低同步運(yùn)行，組成交    -直整流（AC-DC）用于雙饋電機(jī)同步運(yùn)行或超同步運(yùn)行。采用矩陣式變換器可使雙饋電機(jī)多變量的協(xié)調(diào)控制和多運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)化大大簡(jiǎn)化。    優(yōu)點(diǎn) 可使電機(jī)側(cè)電壓及電流為正弦波，電源側(cè)電流與電源電壓同相且為正弦波，調(diào)頻范圍不受限制，可直接通過(guò)升頻控制使電機(jī)反轉(zhuǎn)，靈活的電路結(jié)構(gòu)變化，使變換器具有多種功能。    缺點(diǎn) 可關(guān)

15、斷器件多（18個(gè)），需按嚴(yán)格邏輯程序進(jìn)行控制，技術(shù)不成熟，成本高。   5 多功能勵(lì)磁電源（圖8）    從4.2可知，雙饋電機(jī)為適應(yīng)多變量解耦控制和多運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換，其勵(lì)磁電源要具有斬波、整流、逆變、變頻等多種功能，為簡(jiǎn)化電源結(jié)構(gòu)，減少開(kāi)關(guān)元件，可選擇12個(gè)最基本、最重要的變換器為基礎(chǔ)，通過(guò)增減n個(gè)單向?qū)щ娫ǘO管）和機(jī)械開(kāi)關(guān)的換接以構(gòu)成多功能變流器。例如可以選擇三相不可控整流橋和一套高頻PWM整流器作基礎(chǔ)，通過(guò)D1，D2和K1K4轉(zhuǎn)換（見(jiàn)圖8），可獲得相控高頻PWM整流、斬波及逆變器四種功能，上述四功能變

16、換器分別可適應(yīng)雙饋調(diào)速“起動(dòng)”、“低同步”、“同步”、“超同步”的需要。        參考文獻(xiàn)：    1 泵站電機(jī)雙饋調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 湖北工學(xué)院學(xué)報(bào) 2000.9 廖冬初 劉群 張杰等    2大中型電排站“提速增容”方案選擇 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化增刊 2001.8 劉群 張杰 廖冬初   

17、0;3基于8XC196MC單片機(jī)的雙饋電機(jī)斬波與雙饋調(diào)速技術(shù)研究 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2002.6    林成武 朱建光 王鳳翔    4電流型逆變器用于雙饋調(diào)速的實(shí)驗(yàn)研究通信電源技術(shù). 劉文軍 劉群 戴碧君    超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制 同濟(jì)大學(xué) 袁國(guó)華 陳德儉 趙錦標(biāo) 孫澤昌    上鋼一廠 朱

18、世照幾種雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越技術(shù)對(duì)比分析1 引言     并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電是近十年來(lái)國(guó)際上發(fā)展速度最快的可再生能源技術(shù)。并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備最大的區(qū)別在于，其在電網(wǎng)故障期間并不能維持電網(wǎng)的電壓和頻率，這對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常不利。電網(wǎng)故障是電網(wǎng)的一種非正常運(yùn)行形式，主要有輸電線路短路或斷路，如三相對(duì)地，單相對(duì)地以及線間短路或斷路等，它們會(huì)引起電網(wǎng)電壓幅值的劇烈變化。 雙饋式變速恒頻風(fēng)電機(jī)組是目前國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型，其發(fā)電設(shè)備為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí)，現(xiàn)有的保護(hù)原則是將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)立即從電網(wǎng)中脫網(wǎng)

19、以確保機(jī)組的安全。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大和風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)間的相互影響已日趨嚴(yán)重。人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障迫使大面積風(fēng)電機(jī)組因自身保護(hù)而脫網(wǎng)的話，將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，隨著接入電網(wǎng)的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)容量的不斷增加，電網(wǎng)對(duì)其要求越來(lái)越高，通常情況下要求發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)故障出現(xiàn)電壓跌落的情況下不脫網(wǎng)運(yùn)行（ fault ride-through ），并在故障切除后能盡快幫助電力系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，也就是說(shuō)，要求風(fēng)電機(jī)組具有一定低電壓穿越 (low voltage ride-through) 能力。為此，國(guó)際上已有一

20、些新的電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)則被提出。例如：德國(guó)北部的電力公司 (e.on netz 公司 ) 要求風(fēng)電場(chǎng)能夠在圖 1 所示的電壓范圍內(nèi) (即圖中陰影區(qū) ) 不脫網(wǎng)運(yùn)行 133 ，電網(wǎng)電壓跌落到 15% 以后風(fēng)電機(jī)組不脫網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間須持續(xù)達(dá) 300ms ，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落低于曲線后才允許風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)。這里電壓指的是風(fēng)電場(chǎng)連接點(diǎn)的電壓。而為英國(guó)部分地區(qū)供電的 national grid 電力公司則要求當(dāng)高于 200kv 的輸

21、電線路發(fā)生故障時(shí)，所有并網(wǎng)運(yùn)行的電站或風(fēng)電場(chǎng)必須在 140ms 內(nèi)保持不脫網(wǎng)運(yùn)行 2 。另外蘇格蘭電力公司 (scottish hydro-electric 公司 ) 對(duì)電網(wǎng)故障時(shí)電站或風(fēng)電場(chǎng)不脫網(wǎng)運(yùn)行也有類似的要求 3 。圖1 e.on netz公司對(duì)電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)電場(chǎng)不脫網(wǎng)運(yùn)行的電壓范圍要求33    為了提高風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力，必須針對(duì)當(dāng)前主流風(fēng)電機(jī)組中的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行研究，研究它們?cè)陔娋W(wǎng)故障與故障恢復(fù)過(guò)程中的暫態(tài)行為，消除或減輕在不離網(wǎng)控制

22、情況下可能引起的機(jī)組損害。許多文獻(xiàn) 4-7 報(bào)道了在電網(wǎng)電壓跌落情況下，風(fēng)電機(jī)組中的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)過(guò)流，同時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)電流的迅速增加會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器直流側(cè)電壓升高，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變流器的電流以及有功和無(wú)功都會(huì)產(chǎn)生振蕩。這是因?yàn)殡p饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)電壓瞬間跌落的情況下，定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變，從而會(huì)產(chǎn)生直流分量，由于積分量的減小，定子磁鏈幾乎不發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生較大的滑差，這樣便會(huì)引起轉(zhuǎn)子繞組的過(guò)壓、過(guò)流。如果電網(wǎng)出現(xiàn)的是不對(duì)稱故障的話，會(huì)使轉(zhuǎn)子過(guò)壓與過(guò)流的現(xiàn)象更加嚴(yán)重，因?yàn)樵诙ㄗ与妷褐泻胸?fù)序分量，而負(fù)序分量可以產(chǎn)生很高的滑差。過(guò)流會(huì)損壞轉(zhuǎn)子勵(lì)

23、磁變流器，而過(guò)壓會(huì)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組絕緣擊穿。為了保護(hù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變流器，采用過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)措施勢(shì)在必行。為了保證電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁變流器能安全不脫網(wǎng)運(yùn)行，適應(yīng)新電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)則的要求，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的保護(hù)原理與控制策略進(jìn)行了大量研究。據(jù)文獻(xiàn)的報(bào)道，當(dāng)前的低電壓穿越技術(shù)一般有三種方案：一種是采用了轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)（ crowbar protection ），二種是引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三是采用合理的勵(lì)磁控制算法。下面逐一分析介紹。2 轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù) 8    這是目前一些風(fēng)電制造商采用得

24、較多的方法，其在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)裝有 crowbar 電路，為轉(zhuǎn)子側(cè)電路提供旁路，在檢測(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)故障出現(xiàn)電壓跌落時(shí)，閉鎖雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變流器，同時(shí)投入轉(zhuǎn)子回路的旁路（釋能電阻）保護(hù)裝置 , 達(dá)到限制通過(guò)勵(lì)磁變流器的電流和轉(zhuǎn)子繞組過(guò)電壓的作用，以此來(lái)維持發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行（此時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行）。    目前比較典型的 crowbar 電路有如下幾種：        (1) 混合橋型 cro

25、wbar 電路 9 ，如圖 2 所示，每個(gè)橋臂由控制器件和二極管串聯(lián)而成。圖2 混合橋型crowbar        (2)IGBT型crowbar電路9，如圖3所示，每個(gè)橋臂由兩個(gè)二極管串聯(lián)，直流側(cè)串入一個(gè)igbt器件 和一個(gè)吸收電阻。圖3 igbt型crowbar        (3) 帶有旁路電阻的 crowbar 電路 10 ，如圖

26、0;4 所示，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，通過(guò)功率開(kāi)關(guān)器件將旁路電阻連接到轉(zhuǎn)子回路中，這就為電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)生的大電流提供了一個(gè)旁路，從而達(dá)到限制大電流，保護(hù)勵(lì)磁變流器的作用。圖4 旁路電阻型crowbar    勵(lì)磁變流器在電網(wǎng)故障期間，與電網(wǎng)和轉(zhuǎn)子繞組一直保持連接，因而在故障期間和故障切除期間，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)都能與電網(wǎng)一起同步運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)故障消除時(shí)，關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)，便可將旁路電阻切除，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。  crowbar 電路的轉(zhuǎn)子短路保護(hù)技術(shù)存在這樣一些缺點(diǎn)：首先，需要增加新的保護(hù)裝置從而增加了系統(tǒng)成本；另外

27、，電網(wǎng)故障時(shí)，雖然勵(lì)磁變流器和轉(zhuǎn)子繞組得到了保護(hù)，但此時(shí)按感應(yīng)電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行的機(jī)組將從系統(tǒng)中吸收大量的無(wú)功功率，這將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的進(jìn)一步惡化，而且傳統(tǒng)的 crowbar 保護(hù)電路的投切操作會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生暫態(tài)沖擊。文獻(xiàn) 1 提出了改進(jìn)方案，該方案與傳統(tǒng)方案的區(qū)別在于：在轉(zhuǎn)子短路保護(hù)電阻切除后，將轉(zhuǎn)子電流控制指令設(shè)定為該時(shí)刻轉(zhuǎn)子電流的實(shí)際值，從而防止由于轉(zhuǎn)子電流控制器指令電流與實(shí)際電流不等而引起的暫態(tài)沖擊。然后通過(guò)逐漸改變轉(zhuǎn)子電流指令，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流控制器的軟起動(dòng)。在轉(zhuǎn)子電流控制器的作用下發(fā)電機(jī)將逐步恢復(fù)到正常運(yùn)行。這緩解了 crowbar

28、60;保護(hù)電路的投切操作對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊，在一定程度上縮短了發(fā)電機(jī)低電壓穿越的過(guò)渡時(shí)間。但該文獻(xiàn)僅限于研究對(duì)稱故障發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行，未討論電網(wǎng)故障運(yùn)行初始條件對(duì)不脫網(wǎng)運(yùn)行效果的影響。3 引入新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)     除了上述典型 crowbar 技術(shù)的應(yīng)用外，一些文獻(xiàn)還提出了一些新型低壓旁路系統(tǒng)，如圖 5 、圖 6 所示。圖 5 新型旁路系統(tǒng)圖6a) 并聯(lián)連接網(wǎng)側(cè)變流器3.1 新型旁路系統(tǒng) 11-13    如圖 5 所示，這

29、種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)裝置類似，在雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子側(cè)與電網(wǎng)間串聯(lián)反并可控硅電路。 在正常運(yùn)行時(shí)，這些可控硅全部導(dǎo)通，在電網(wǎng)電壓跌落與恢復(fù)期間，轉(zhuǎn)子側(cè)可能出現(xiàn)的最大電流隨電壓跌落的幅度的增大而增大，為了承受電網(wǎng)故障電壓大跌落所引起的的轉(zhuǎn)子側(cè)大電流沖擊，轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器選用電流等級(jí)較高的大功率igbt 器件，這樣來(lái)保證變流器在電網(wǎng)故障時(shí)不與轉(zhuǎn)子繞組斷開(kāi)時(shí)的安全。電網(wǎng)電壓跌落再恢復(fù)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)最大電流可能會(huì)達(dá)到電壓跌落前的幾倍。因此，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重時(shí)，為了避免電壓回升時(shí)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)子側(cè)所產(chǎn)生的大電流，在電壓回升以前，將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)通過(guò)反并可控硅電路與電網(wǎng)脫網(wǎng)。脫網(wǎng)以后，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變

30、流器重新勵(lì)磁雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，電壓一旦回升到允許的范圍之內(nèi)，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)便能迅速地與電網(wǎng)達(dá)到同步。再通過(guò)開(kāi)通反并可控硅電路使定子與電網(wǎng)連接。這樣可以減小對(duì) igbt 耐壓、耐流的要求。對(duì)于短時(shí)間內(nèi)能夠接受大電流的 igbt 模塊，可以減少雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的脫網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間。轉(zhuǎn)子側(cè)大功率饋入直流側(cè)會(huì)導(dǎo)致直流側(cè)電容電壓的升高，而直流側(cè)的耐壓等級(jí)依賴于直流側(cè)電容的大小，因此直流側(cè)設(shè)計(jì) crowbar 電路，在直流側(cè)安裝電阻來(lái)作吸收電路，將直流側(cè)電壓限制在允許范圍內(nèi)。    這種方式的不足之處是：該方案需要增加系統(tǒng)的成

31、本和控制的復(fù)雜性?？紤]到定子故障電流中的直流分量，需要可控硅器件能通過(guò)門(mén)極關(guān)斷，這要求很大的門(mén)極負(fù)驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路太復(fù)雜。這里的可控硅串聯(lián)電路如果采用穿透型 igbt 的話， igbt 必須串聯(lián)二極管。而采用非穿透型 igbt 的話，通態(tài)損耗會(huì)很大。理論上，如果利用接觸器來(lái)代替可控硅開(kāi)關(guān)的話，雖通態(tài)時(shí)無(wú)損耗，但斷開(kāi)動(dòng)作時(shí)間太長(zhǎng)。而且由于該方案在輸電系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)運(yùn)行，因此對(duì)電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行起不到積極的支持作用。3.2 串聯(lián)連接變流器    通常雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的背靠背式勵(lì)磁變流器采用如圖 

32、6a) 所示的與電網(wǎng)并聯(lián)方式 13-16 ，這意味著勵(lì)磁變流器能向電網(wǎng)注入或吸收電流。為了提高系統(tǒng)的低電壓穿越能力，文獻(xiàn) 17 提到了一種新的連接方式，即將變流器與電網(wǎng)進(jìn)行串聯(lián)連接，比如，變流器通過(guò)發(fā)電機(jī)定子端的串聯(lián)變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)串聯(lián)連接，則雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定子端的電壓為網(wǎng)側(cè)電壓和變流器輸出的電壓之和。這樣便可以通過(guò)控制變流器的電壓來(lái)控制定子磁鏈，有效的抑制由于電網(wǎng)電壓跌落所造成的磁鏈振蕩，從而阻止轉(zhuǎn)子側(cè)大電流的產(chǎn)生，減小系統(tǒng)受電網(wǎng)擾動(dòng)的影響，達(dá)到強(qiáng)化電網(wǎng)的目的。但這種方式將增加系統(tǒng)許多成本，控制也比較復(fù)雜。4 采用新的勵(lì)磁控制策略&

33、#160;   從制造成本的角度出發(fā)，最佳的辦法是不改變系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)修改控制策略來(lái)達(dá)到相同的低電壓穿越效果：在電網(wǎng)故障時(shí)，使發(fā)電機(jī)能安全度越故障，同時(shí)變流器繼續(xù)維持在安全工作狀態(tài)。    文獻(xiàn) 18 利用數(shù)值仿真的方法對(duì)電網(wǎng)三相對(duì)稱故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的勵(lì)磁控制進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，通過(guò)適當(dāng)提高現(xiàn)有雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器中 pi 調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，能夠在一定范圍內(nèi)維持電網(wǎng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。然而該文獻(xiàn)未對(duì)故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的范圍進(jìn)行詳細(xì)地研究計(jì)算。該文獻(xiàn)提出的方法僅適用于系

34、統(tǒng)對(duì)稱三相故障引起發(fā)電機(jī)母線電壓輕微下降時(shí)保持發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)故障引起發(fā)電機(jī)母線電壓嚴(yán)重下降時(shí)，勵(lì)磁變流器將出現(xiàn)過(guò)電壓和過(guò)電流。文獻(xiàn) 19 則利用硬性負(fù)反饋的方式補(bǔ)償發(fā)電機(jī)定子電壓和磁鏈變化對(duì)有功、無(wú)功解耦控制性能的影響，該方案能夠在一定程度上提高雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)在輸電系統(tǒng)故障時(shí)的運(yùn)行特性，并能夠在一定范圍內(nèi)限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，保護(hù)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁變流器。但該方案對(duì)轉(zhuǎn)子電流的有效控制是在提高轉(zhuǎn)子電壓的前提下實(shí)現(xiàn)的，考慮到轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器輸出最大電壓的限制，該方案僅適用于輸電系統(tǒng)故障引起發(fā)電機(jī)電壓輕度驟降的場(chǎng)合，對(duì)于引起發(fā)電機(jī)定子電壓嚴(yán)重驟降的電網(wǎng)故障，該方案會(huì)由于轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁變流器

35、無(wú)法提供足夠高的勵(lì)磁電壓而失去對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制。另外，文獻(xiàn) 20 還建議充分利用發(fā)電機(jī)電網(wǎng)側(cè)變流器在電網(wǎng)故障過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)電壓的支持作用，通過(guò)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)側(cè)變流器的控制提高電網(wǎng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的控制效果。 文獻(xiàn) 27-32 提出了一種滅磁保護(hù)原理。在理解電網(wǎng)短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)的暫態(tài)物理過(guò)程的基礎(chǔ)上，提出了電網(wǎng)短路故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行的勵(lì)磁控制策略。為保證故障期間雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變頻器安全運(yùn)行，新的勵(lì)磁控制策略針對(duì)故障過(guò)程中發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁變量的暫態(tài)特點(diǎn)，控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁鏈 ( 故障暫態(tài)時(shí)該磁通只通過(guò)漏

36、磁路徑，是漏磁鏈 ) 以抵消定子磁鏈中的 “ 有害 ” 暫態(tài)直流分量對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)的影響。    文獻(xiàn)以仿真和小容量試驗(yàn)驗(yàn)證了該控制策略在電網(wǎng)對(duì)稱故障下的正確性，并分析了各種因素對(duì)控制效果的影響。文獻(xiàn) 32 對(duì)基于滅磁保護(hù)原理的勵(lì)磁策略進(jìn)行的深入分析表明，故障前初始條件（定子電壓和轉(zhuǎn)差率）對(duì)本控制策略的故障效果影響非常大，隨著故障前定子電壓的增加，轉(zhuǎn)子電流可能無(wú)法控制在滿足勵(lì)磁變流器安全要求的最大暫態(tài)電流峰值之內(nèi)，只有故障前初始條件處于可控運(yùn)行范圍內(nèi)時(shí)，在故障勵(lì)磁控制的作用下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障

37、電流才能夠控制在 2.0pu 的安全范圍。5 結(jié)束語(yǔ)    本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界在電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的保護(hù)原理與控制策略進(jìn)行研究分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論，為實(shí)際應(yīng)用中具體設(shè)計(jì)提供參考。        (1) 電力系統(tǒng)要求雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)能在電網(wǎng)故障時(shí)保持不脫網(wǎng)運(yùn)行，并對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性提供支持。因此在導(dǎo)出發(fā)電機(jī)基本電磁關(guān)系的基礎(chǔ)上，分析電網(wǎng)故障過(guò)程中發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁變量的暫態(tài)變化過(guò)程，研究適應(yīng)小值電網(wǎng)故障情況的新勵(lì)磁控制策略，即出現(xiàn)不嚴(yán)重的電網(wǎng)故障時(shí)，

38、電壓跌落未嚴(yán)重到一定程度的情況下，通過(guò)一定的勵(lì)磁控制方法，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)和變流器安全度越短時(shí)低電壓故障，而不必需要觸發(fā) crowbar 電路來(lái)進(jìn)行發(fā)電機(jī)和變流器的保護(hù)。        (2) 在大值瞬態(tài)故障下一般需要使用 crowbar 這種短接保護(hù)措施來(lái)保護(hù)發(fā)電機(jī)和變流器。因 crowbar 電路觸發(fā)后和電網(wǎng)故障恢復(fù)時(shí)，一般轉(zhuǎn)子電壓和電流會(huì)瞬態(tài)跳變，然后衰減。利用仿真工具分析比較目前各種 crowbar 電路的優(yōu)劣，從成本，可靠性和可能達(dá)

39、到的最佳性能指標(biāo)，工作極端環(huán)境適應(yīng)性等方面進(jìn)行比較改進(jìn)，優(yōu)選出最佳方案，減小電壓跌落情況下觸發(fā) crowbar 電路時(shí)轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流跳變幅度。        (3) 電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的是不對(duì)稱故障情況，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)不對(duì)稱故障時(shí)，會(huì)使過(guò)壓、過(guò)流的現(xiàn)象更加嚴(yán)重，因?yàn)樵诙ㄗ与妷褐泻胸?fù)序分量，而負(fù)序分量可以產(chǎn)生很高的滑差。然而目前嚴(yán)重故障下進(jìn)行的研究大都是針對(duì)電網(wǎng)對(duì)稱故障的情況，無(wú)法滿足實(shí)際電網(wǎng)故障情況要求，不能實(shí)現(xiàn)工程實(shí)際應(yīng)用。因此，考慮電網(wǎng)不對(duì)稱故障下，發(fā)電機(jī)的控制模型和算法有待于進(jìn)一步改進(jìn)研究。變

40、頻器在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的應(yīng)用 目前，世界上大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有兩種型式:一類是定槳距失速調(diào)節(jié)型，屬于恒速機(jī)型，一般使用同步電機(jī)或者鼠籠式異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，通過(guò)定槳距失速控制的風(fēng)輪機(jī)使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在恒定的數(shù)值，繼而使風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)頻率等于電網(wǎng)頻率，轉(zhuǎn)子、葉輪的變化范圍小，捕獲風(fēng)能的效率低;另一類是變速變距型，一般采用雙饋電機(jī)或者永磁同步電機(jī)，通過(guò)調(diào)速器和變槳距控制相結(jié)合的方法使葉輪轉(zhuǎn)速可以跟隨風(fēng)速的變化在很寬的范圍內(nèi)變化，保持最佳葉尖速比運(yùn)行，從而使cp(風(fēng)能利用系數(shù))在很大的風(fēng)速變化范圍內(nèi)均能保持最大值，能量捕獲效率最大。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)變流器調(diào)節(jié)，變成與電網(wǎng)

41、同頻、同相、同幅的電能輸送到電網(wǎng)。相比之下，變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前流行的變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要兩種方案:一種是升速齒輪箱繞線式異步電動(dòng)機(jī) 雙饋電力電子變換器;另一種是無(wú)齒輪箱的直接驅(qū)動(dòng)低速永磁發(fā)電機(jī)全功率變頻器。兩個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn):前者采用高速電機(jī)，體積小重量輕，雙饋?zhàn)兞髌鞯娜萘績(jī)H與電機(jī)的轉(zhuǎn)差容量相關(guān)，效率高、價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是升速齒輪箱價(jià)格貴，噪音大、易疲勞損壞;后者無(wú)齒輪箱，可靠性高，但采用低速永磁電機(jī)，體積大，造價(jià)高，變頻器需要全功率，成本提高。除了上述兩個(gè)方案外，還引入了兩個(gè)折中方案，一個(gè)是低速集成齒輪箱的永磁同步電機(jī)全功率變頻器;一個(gè)是高速齒輪箱的永磁

42、同步電機(jī)全功率變頻器。根據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室報(bào)告的量化比較數(shù)據(jù)分析，這兩種折中方案也具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理2.1 葉輪能量最大捕獲原理風(fēng)力機(jī)通過(guò)葉輪來(lái)捕獲流動(dòng)的風(fēng)能，風(fēng)的能量轉(zhuǎn)化為葉輪旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能，齒輪箱再把這種機(jī)械能傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)通過(guò)內(nèi)部的電磁關(guān)系將機(jī)械能變?yōu)殡娔茌敵觥?#160;圖1為在不同風(fēng)速下，葉輪轉(zhuǎn)速與風(fēng)力機(jī)輸出功率的關(guān)系圖。由圖1可知，對(duì)應(yīng)于每個(gè)風(fēng)速的曲線，都有一個(gè)最大輸出功率點(diǎn)，風(fēng)速越高，輸出功率越高，相應(yīng)的葉輪轉(zhuǎn)速也越高。因此，如果能隨風(fēng)速變化改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速，使得風(fēng)力機(jī)在所有風(fēng)速下都工作于最大功率輸出點(diǎn)，則發(fā)出電能最多，否則發(fā)電效能將降

43、低。圖1不同風(fēng)速下，發(fā)電及轉(zhuǎn)速與輸出功率曲線圖雙饋發(fā)電機(jī)的最大風(fēng)能捕獲控制就是通過(guò)預(yù)先制定的風(fēng)速對(duì)應(yīng)的最大功率曲線，控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，使其跟隨風(fēng)速的變化而相應(yīng)變化，保證風(fēng)力機(jī)的葉尖速比恒定，達(dá)到最大功率輸出。假設(shè)在風(fēng)速v2下，系統(tǒng)最初工作p1 點(diǎn)，如果風(fēng)速階躍變化到v3，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速由于慣性保持不變，此時(shí)風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率達(dá)到p2點(diǎn)，大于雙饋發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，此時(shí)，風(fēng)力機(jī)輸入力矩大于雙饋發(fā)電機(jī)的輸出力矩，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速增加，沿對(duì)應(yīng)于風(fēng)速v3的曲線向p3移動(dòng)，當(dāng)達(dá)到該點(diǎn)后，雙饋發(fā)電機(jī)根據(jù)最大功率曲線給出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩給定值，并與風(fēng)力機(jī)輸入力矩相平衡，此時(shí)系統(tǒng)便穩(wěn)定工作于p3點(diǎn)，輸出對(duì)應(yīng)于v3風(fēng)速下的最大功率

44、p3。2.2 雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制原理根據(jù)感應(yīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)靜止的原理，可以得出變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定轉(zhuǎn)子繞組電流頻率關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式(1) (1)式中，f1為定子電流頻率，由于定子與電網(wǎng)相連，所以f1與電網(wǎng)頻率相同;p為電機(jī)的極對(duì)數(shù);n為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速;f2為轉(zhuǎn)子電流頻率。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流頻率f2，保證f1恒定不變，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于亞同步速運(yùn)行時(shí)，即n < n1(同步轉(zhuǎn)速)，f2取正號(hào)，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器從電網(wǎng)吸取功率pr(轉(zhuǎn)子功率)，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供頻率為f2的正向勵(lì)磁

45、電流，保證定子繞組產(chǎn)生與電網(wǎng)同頻同幅的電壓矢量，從而將風(fēng)力機(jī)捕獲的機(jī)械能pmec轉(zhuǎn)化為電能，此時(shí)定子輸出的功率為ps=pmecpr。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于超同步速運(yùn)行時(shí)，即n>n1(同步轉(zhuǎn)速)，f2取負(fù)號(hào)，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器將吸收的機(jī)械能反饋回電網(wǎng)pr，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供頻率為f2的負(fù)向勵(lì)磁電流，保證定子繞組產(chǎn)生與電網(wǎng)同頻同幅的電壓矢量，同時(shí)將風(fēng)力機(jī)捕獲的機(jī)械能pmec轉(zhuǎn)化為電能，此時(shí)定子輸出的電能為ps=pmecpr。3abb風(fēng)力發(fā)電變頻器abb傳動(dòng)公司目前主要有兩類產(chǎn)品應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，一類是應(yīng)用于雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的變頻產(chǎn)品acs80067，一類是應(yīng)用于永磁同步電機(jī)且無(wú)齒輪箱(直驅(qū)系統(tǒng))的變頻產(chǎn)品

46、acs80077，這里主要介紹變頻產(chǎn)品acs80067。3.1 控制原理acs80067風(fēng)力發(fā)電變頻器主要和帶有轉(zhuǎn)子繞組和滑環(huán)的感應(yīng)式發(fā)電機(jī)一起使用，連接于雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)之間，電路圖如圖2所示。圖2acs80067風(fēng)力發(fā)電變頻器電路圖變頻器工作原理與上節(jié)所述一致，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，acs80067通過(guò)內(nèi)部控制快速增加或降低轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，保證發(fā)電機(jī)獲得最優(yōu)滑差，達(dá)到獲得最大發(fā)電量的目的。該傳動(dòng)單元也可以完成在將定子輸出接入電網(wǎng)之前使定子輸出電壓和電網(wǎng)電壓同步的目的。在脫離電網(wǎng)時(shí)，傳動(dòng)單元通過(guò)將轉(zhuǎn)矩給定調(diào)整為零，使定子電流減少至零，以便將發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)脫離。網(wǎng)側(cè)變流器是一個(gè)基于igbt模塊的

47、變流器，將輸入的三相交流電整流為所需的直流電，為轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器供電。網(wǎng)側(cè)變流器控制對(duì)象為直流母線電壓和網(wǎng)側(cè)無(wú)功功率，通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)側(cè)兩相電流和直流母線電壓，采用直接轉(zhuǎn)矩的控制方法，實(shí)現(xiàn)直流母線電壓泵升且恒定以及網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可控(一般設(shè)置為1)的目的。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)以及降低網(wǎng)側(cè)電流諧波含量的目的。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器包含一個(gè)或兩個(gè)基于igbt的逆變器模塊，將直流電逆變?yōu)楫a(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)所需頻率和幅值的三相交流電，向轉(zhuǎn)子繞組供電。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制對(duì)象為轉(zhuǎn)矩和無(wú)功功率，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)電有功功率的控制，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的控制完成對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的建立，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的控制。圖3雙饋感應(yīng)

48、發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制原理圖3是abb公司雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)原理圖。圖3中，s、0、g表示定子磁通、轉(zhuǎn)子磁通和電網(wǎng)磁通;t*、t表示轉(zhuǎn)矩給定值和估計(jì)值;r_ref、pf*表示轉(zhuǎn)子磁通給定值和功率因數(shù)給定值;m為轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度;is、ir為定子和轉(zhuǎn)子電流;電機(jī)參數(shù):rr為轉(zhuǎn)子電阻，ls為定子感抗，lr為轉(zhuǎn)子感抗，m為互感，為漏抗。dtc控制系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式:發(fā)電模式: s1、s2閉合，控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和無(wú)功功率或功率因數(shù);同步模式: s1閉合、s2斷開(kāi)，控制發(fā)電機(jī)同步并網(wǎng)，此時(shí)轉(zhuǎn)矩給定t*=0。兩種模式間的切換，無(wú)明顯的電壓和電流沖擊。轉(zhuǎn)矩給定由最優(yōu)發(fā)電量決定，而發(fā)電量由風(fēng)速v與發(fā)電

49、功率p的曲線p=f(v)決定。無(wú)功功率(或功率因數(shù))給定由電網(wǎng)所需的實(shí)際值決定，一般可設(shè)為0kvar(或1)。轉(zhuǎn)矩反饋由兩部分組成。在同步模式運(yùn)行時(shí)(s2斷開(kāi)時(shí)，is=0且t*=0)，轉(zhuǎn)矩反饋表示電網(wǎng)磁通矢量g和定子磁通矢量s的角度差，由此控制定子磁通矢量s的運(yùn)動(dòng)，使其與電網(wǎng)磁通矢量g同步運(yùn)動(dòng);發(fā)電模式運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)磁通矢量g和定子磁通矢量s已經(jīng)同步，=0或s=g。轉(zhuǎn)矩計(jì)算如式(2)所示。 （2）在同步模式運(yùn)行時(shí)，定子磁通估計(jì)值(轉(zhuǎn)子坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到定子坐標(biāo)后)由等式(3)得到。 （2）發(fā)電模式運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁通矢量 r的計(jì)算先是測(cè)量出定子磁通矢量s，由式(4)得到定子坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)子磁

50、通矢量r。將其幅值作為控制器的反饋量。將其轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)下rejm，確定r所在的扇區(qū)。轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度m可以通過(guò)角度編碼器測(cè)量得到。 (4)3.2 變頻器選型如前所述，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變頻器由于接在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)，所以變頻器容量可小于發(fā)電機(jī)的容量，僅為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差功率，因此，變頻器容量的選擇與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍密切相關(guān)。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍為額定轉(zhuǎn)速的70130，轉(zhuǎn)差率為±30，所以變頻器的額定容量可選為發(fā)電機(jī)額定容量的13。表附表為acs80067的選型表。假設(shè)發(fā)電機(jī)額定電壓為690v，額定功率為2mw，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，調(diào)速范圍為±30，即發(fā)

51、電機(jī)轉(zhuǎn)速工作范圍為1000r/min2000r/min，因此，變頻器的功率可選為2mw×300.6mw，根據(jù)選型表可得:轉(zhuǎn)子側(cè)變流器型號(hào)為acs80010407707;而整流側(cè)變流器由于控制的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1，只流過(guò)有功電流，故容量相對(duì)較小，型號(hào)為acs80010405807。3.3 技術(shù)特點(diǎn)acs80067還具有以下技術(shù)特點(diǎn):(1)長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)變頻器內(nèi)部器件選型和系統(tǒng)配置均按照20年使用年限設(shè)計(jì)，特別是直流母線電容采用膠片電容替代原有的電解電容，壽命更長(zhǎng)、耐低溫特性良好。冷卻風(fēng)扇具有調(diào)速功能，可延長(zhǎng)其使用壽命。(2)適用于惡劣的使用環(huán)境變頻柜內(nèi)和模塊內(nèi)部均內(nèi)置加熱器，且配置有溫度和濕

52、度傳感器，對(duì)抗低溫和高濕環(huán)境。所有線路板均帶有防腐涂層，柜體防護(hù)等級(jí)為ip54，保證了變頻器惡劣環(huán)境下的可靠工作。(3)高端配置、緊湊型設(shè)計(jì)變頻器將輸入lcl濾波器、輸出濾波器du/dt以及進(jìn)線接觸器和直流熔斷器作為標(biāo)準(zhǔn)配置，通訊適配器和以太網(wǎng)適配器作為選裝配置。緊湊型的設(shè)計(jì)理念使得其在同等功率的變頻器中體積最小，適用于放在發(fā)電機(jī)艙內(nèi)。(4)低電壓穿越能力在電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障期間，比如短路或瞬間掉電，可通過(guò)使用有源或無(wú)源crowbar硬件，提供對(duì)電網(wǎng)的支持，保證電機(jī)依然在網(wǎng)。(5)優(yōu)良的可控性由于整流單元采用igbt可控整流，直流母線電壓得到泵升，因此電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓可控制高達(dá)750v，風(fēng)機(jī)的速度

53、范圍更寬，轉(zhuǎn)子的電流更低。發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)可達(dá)到+/-0.9，甚至更高，這完全取決于電機(jī)設(shè)計(jì)，變頻器對(duì)此不成為瓶頸。在轉(zhuǎn)子電壓接近于0v時(shí)，變頻器也完全可控可以在速度范圍內(nèi)的任何一點(diǎn)切入切出。即使在風(fēng)機(jī)靜止時(shí)，也可以通過(guò)整流單元發(fā)出無(wú)功功率對(duì)電網(wǎng)提供支持。(6)完善的保護(hù)功能具有多重保護(hù)功能，例如過(guò)流、接地、風(fēng)機(jī)超速和失速等保護(hù)功能，提供對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子和變頻器的完整保護(hù)。4應(yīng)用案例上海南洋電機(jī)廠采用acs80067變頻器構(gòu)建雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，風(fēng)力機(jī)采用直流電動(dòng)機(jī)模擬，即雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子靠直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。系統(tǒng)連接示意圖如圖4所示。技術(shù)數(shù)據(jù)如下所示:圖4試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)連接圖發(fā)電機(jī):定子額定電壓690

54、v;定子額定電流1500a;額定頻率50hz;額定功率1345kw;額定轉(zhuǎn)速1513r/min;同步轉(zhuǎn)速1500r/min;功率因數(shù)0.9;轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓1990v;轉(zhuǎn)子電流550a;變頻器型號(hào):acs80067048007707;調(diào)速范圍±30。4.1 同步運(yùn)行雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)投入電網(wǎng)前首先要進(jìn)行同步運(yùn)行，即使發(fā)電機(jī)的定子電壓在幅值、頻率和相位上與電網(wǎng)電壓達(dá)到一致。典型的同步運(yùn)行步驟如下:(1) 將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖動(dòng)到設(shè)定的正常工作范圍內(nèi)，即同步轉(zhuǎn)速的70130，啟動(dòng)變頻器;(2) 開(kāi)關(guān)s1閉合，網(wǎng)側(cè)變流器啟動(dòng)為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器建立直流電壓。開(kāi)關(guān)s2仍然斷開(kāi);(3) 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器測(cè)量電網(wǎng)電壓

55、ugrid(開(kāi)關(guān)s2的輸入側(cè))和定子電壓us;(4) 轉(zhuǎn)子側(cè)此時(shí)工作于同步模式，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器通過(guò)磁化轉(zhuǎn)子繞組，感應(yīng)出與電網(wǎng)電壓同步的定子電壓;(5) 當(dāng)定子電壓與電網(wǎng)電壓同步后，開(kāi)關(guān)s2閉合，同步運(yùn)行過(guò)程完成。此后變頻器切換到轉(zhuǎn)矩控制模式，接受給定的轉(zhuǎn)矩和無(wú)功功率指令，準(zhǔn)備開(kāi)始發(fā)電。圖5為采用abb專用軟件drivewindow記錄的同步運(yùn)行曲線圖。圖5(a)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速被直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到1300r/min(如曲線1所示)后，變頻器投入運(yùn)行。開(kāi)關(guān)s1閉合后，網(wǎng)側(cè)變流器啟動(dòng)建立直流母線電壓(如曲線2所示)，當(dāng)直流母線電壓建立完成并穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器投入運(yùn)行，為轉(zhuǎn)子繞組提供三相勵(lì)磁電流，產(chǎn)生

56、旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，并在定子繞組上感生電壓(如曲線4所示)，當(dāng)定子繞組上的感應(yīng)電壓與電網(wǎng)電壓(如曲線3所示)在幅值、頻率和相位完全一致后，同步過(guò)程完成，可以隨時(shí)閉合開(kāi)關(guān)s2，將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。曲線5和6分別為同步過(guò)程中的定轉(zhuǎn)子電流。(a)同步運(yùn)行各變量(有效值)變化曲線(b)定子和電網(wǎng)u相(瞬時(shí)值)電壓曲線圖5 定子電壓和電網(wǎng)電壓同步運(yùn)行曲線圖圖5(b)所示為電網(wǎng)u相電壓與定子u相電壓在同步過(guò)程中的變化曲線。由圖可知，當(dāng)變頻器投入運(yùn)行后，定子u相電壓迅速建立，并與電網(wǎng)u相電壓在相位、幅值上完全一致，達(dá)到同步的要求。4.2 發(fā)電運(yùn)行圖6為發(fā)電機(jī)處于超同步運(yùn)行(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1513r/min)，給定轉(zhuǎn)矩為額

57、定轉(zhuǎn)的85，無(wú)功功率給定為零時(shí)，電網(wǎng)線電壓、相電流的波形圖。理論分析可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)處于超同步運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)的定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)應(yīng)同時(shí)向電網(wǎng)輸出電能，網(wǎng)側(cè)相電流為定子與轉(zhuǎn)子的電流之和。通常網(wǎng)側(cè)變流器的無(wú)功功率給定設(shè)置為零，所以定子與轉(zhuǎn)子電流的相位相同，都與電網(wǎng)電壓反相。實(shí)際上，由圖6可知，電網(wǎng)相電壓與定子電流相位相差180°，完全反相，發(fā)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，向電網(wǎng)輸出電能，功率因數(shù)為1。圖6網(wǎng)側(cè)線電壓與電流波形圖5結(jié)束語(yǔ)綜上所述，風(fēng)力發(fā)電作為21世紀(jì)全球最有發(fā)展?jié)摿Φ男履茉粗?，必將受到越?lái)越多的重視。由abb研制和生產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電變頻產(chǎn)品acs8006777代表了當(dāng)今風(fēng)電的兩大主流方向，已

58、經(jīng)成功應(yīng)用于世界各地，對(duì)于推對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的全球發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用Crowbar電路在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的作用及控制原理    由于 DFIG（雙饋感應(yīng)電機(jī)） 定子直接掛網(wǎng)，電網(wǎng)波動(dòng)將直接引起定子電流的變化。       當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降時(shí)，DFIG 發(fā)出的功率不能及時(shí)送出，導(dǎo)致定子側(cè)產(chǎn)生很大的故障電流。由于定、轉(zhuǎn)子之間的強(qiáng)耦合，故障電流立即被傳遞到轉(zhuǎn)子側(cè)；又因?yàn)殡妷后E降導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩變小，運(yùn)行滑差增大，使饋入轉(zhuǎn)子的功率增加，進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)子回路的過(guò)壓和過(guò)流。而且，大電流會(huì)導(dǎo)致電機(jī)鐵心飽和、電抗減小，

59、實(shí)際轉(zhuǎn)子電流還要進(jìn)一步增大。 轉(zhuǎn)子能量流經(jīng)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(RSC)之后， 一部分被電網(wǎng)側(cè)變換器 (GSC) 傳遞電網(wǎng) ， 其余的為直流母線電容充電 ，導(dǎo)致母線電壓快速升高 。      如果不能及時(shí)采取保護(hù)措 施 ， 定、轉(zhuǎn)子繞組僅靠其自身電阻和漏抗不足以抑制浪涌電流（浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設(shè)備的峰值電流。 ），過(guò)大的電流和電壓將導(dǎo)致勵(lì)磁變頻器、定轉(zhuǎn)子繞組以及母線電容損壞。   

60、  在電網(wǎng)電壓驟降時(shí)，一種常用的辦法是采用電阻短接轉(zhuǎn)子繞組來(lái)旁路RSC，為轉(zhuǎn)子側(cè)的浪涌電流提供一條通路，即Crowbar 電路 。按照所用開(kāi)關(guān)元件的不同，Crowbar 分為主動(dòng)式和被動(dòng)式2 種，其中被動(dòng)式Crowbar 采用晶閘管，主動(dòng)式Crowbar 采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等可關(guān)斷元件，主要區(qū)別在于能否強(qiáng)制關(guān)斷。變速恒頻DFIG 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原理圖，其中 直流 Crowbar 利用電阻作為吸收電路， 防止直流母線電壓過(guò)高（整流濾波后的母線電壓），起到保護(hù)設(shè)備作用 進(jìn)氣壓力傳感器：反映進(jìn)氣歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力大小的變化，是向E

61、CU（發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元）提供計(jì)算噴油持續(xù)時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào),一般固定在發(fā)動(dòng)機(jī)的右上部,個(gè)個(gè)車(chē)型可能都不一樣. 空氣流量傳感器：測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣量，提供給ECU作為噴油時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào), 節(jié)氣門(mén)位置傳感器：測(cè)量節(jié)氣門(mén)打開(kāi)的角度，提供給ECU作為斷油、控制燃油/空氣比、點(diǎn)火提前角修正的基準(zhǔn)信號(hào),在節(jié)氣門(mén)閥體上,節(jié)氣門(mén)裝在進(jìn)氣歧管上. 曲軸角度傳感器：檢測(cè)曲軸及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提供給ECU作為確定點(diǎn)火正時(shí)及工作順序的基準(zhǔn)信號(hào),裝在曲軸皮帶輪上面. 氧傳感器：檢測(cè)排氣中的氧濃度，提供給ECU作為控制燃油/空氣比在最佳值（理論值）附近的的基準(zhǔn)信號(hào),裝在消聲器的三元催化上面

62、. 進(jìn)氣溫度傳感器：檢測(cè)進(jìn)氣溫度，提供給ECU作為計(jì)算空氣密度的依據(jù),裝在空氣濾芯到節(jié)器門(mén)的一根管子上. 水溫傳感器：檢測(cè)冷卻液的溫度，向ECU提供發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信息,裝在缸蓋上. 爆燃傳感器：安裝在缸體上專門(mén)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的爆燃狀況，提供給ECU根據(jù)信號(hào)調(diào)整點(diǎn)火提前角,裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的有上角上 怠速馬達(dá):管發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速的,裝在節(jié)氣門(mén)閥體上. 噴油嘴:管?chē)娚涑隹扇蓟旌蠚怏w的,可燃混合氣體是汽油和空氣混合的產(chǎn)物,可燃混合氣體是噴在氣缸體的,裝在進(jìn)氣歧管上的. ECU:是電子控制單元(電腦板)就是以上傳感器提供一個(gè)信息,然后給出一個(gè)正確的信息,裝在發(fā)

63、動(dòng)機(jī)向后的一塊鐵板上. 電控系統(tǒng)-氧傳感器 1973年開(kāi)始制定了汽車(chē)排放法規(guī)，到了1978年排放法規(guī)更為嚴(yán)格。為了與新的排放法規(guī)相適應(yīng)，在汽車(chē)上采用了三元催化劑排氣凈化裝置。為充分發(fā)揮三元催化劑的凈化特性，需要把空燃比控制在理論空燃比（=1）附近的狹窄范圍內(nèi)，如圖1-80所示。發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氧含量直接反映發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比，因此檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氧含量是控制混合氣空燃比的有效手段。廢氣中的氧氣超過(guò)一定限度說(shuō)明混合氣偏稀，而廢氣中完全沒(méi)有氧氣側(cè)說(shuō)明混合氣偏濃，偏濃混合氣將會(huì)造成排氣污染。  圖1-80  三元催化劑凈化率特性曲線氧傳感器的作用是指示發(fā)動(dòng)

64、機(jī)中混合氣的燃燒是否完全，測(cè)定廢氣中的氧含量，然后將檢測(cè)的結(jié)果及時(shí)反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，以便使發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)不論發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械狀態(tài)如何，都能有效地對(duì)燃料系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，把混合氣的空燃比控制在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi)，使裝有三元催化轉(zhuǎn)換器的發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳的排氣凈化效果。氧傳感器裝在排氣歧管或前排氣管內(nèi)，如圖1-81所示。圖1-81  氧傳感器的安裝位置1-排氣歧管   2-氧傳感器現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用化了的氧傳感器，有氧化鋯（ZrO2）氧傳感器和二氧化鈦（TiO2）氧傳感器兩種。氧化鋯氧傳感器，是利用氧化鋯高溫時(shí)其內(nèi)外兩側(cè)氧濃度差，使其產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的特性來(lái)測(cè)量廢氣中氧

65、的濃度。二氧化鈦氧傳感器是利用二氧化鈦周?chē)鯕夥謮旱牟煌M(jìn)行氧化或還原反應(yīng)，從而使電阻發(fā)生變化的原理來(lái)測(cè)量廢氣中氧的濃度。根據(jù)氧傳感器是否需要加熱，可將氧傳感器分為加熱式和不加熱式，二氧化鈦氧傳感器為加熱式，氧化鋯氧傳感器有加熱型的也有不加熱型的。加熱式氧傳感器上一般有3根引線（三線式），其中一根為信號(hào)線，另外兩根為加熱線；而不加熱式氧傳感器為單線式，即只有一根信號(hào)線。1、氧化鋯（ZrO2）氧傳感器圖1-82所示為氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)，該傳感器由可產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的多孔二氧化鋯陶瓷管、具有導(dǎo)線作用的套管以及為防止氧化鋯管破損的防護(hù)罩與導(dǎo)入排氣的通氣窗等構(gòu)成。在試管狀氧化鋯元素的內(nèi)外兩側(cè)，設(shè)置了白金

66、電極，為了保護(hù)白金電極，用陶瓷包覆電極外側(cè)，內(nèi)側(cè)輸入氧濃度高的大氣，外側(cè)輸入氧濃度低的汽車(chē)排出氣體。圖1-82  氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu) a）結(jié)構(gòu)圖  b）局部放大圖1-防護(hù)置  2-氧化鋯體  3-殼體  4-輸出接頭  5-外套  6-導(dǎo)線  7-電動(dòng)勢(shì)  8-大氣一側(cè)的白金電極  9-固態(tài)電解質(zhì)（氧化鋯元素）10-排氣一側(cè)的白金電極  11-涂層（陶瓷）12-排氣  13-大氣圖1-83a所示氧化鋯式氧傳感器的作用原理，氧化鋯在高溫下具有這樣一種特性

67、，即當(dāng)內(nèi)外側(cè)的氧濃度差較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種傳感器的工作和干電池的原理相似，氧傳感器的二氧化鋯起到類似電觸液的作用。在高溫時(shí)，二氧化鋯能導(dǎo)電，如果此時(shí)兩個(gè)極板接觸的氣體的含氧量不同，極板之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微量電壓。這是因?yàn)檠蹼x子帶兩個(gè)自由電子，即有負(fù)電荷，而二氧化鋯吸收氧離子，結(jié)果負(fù)電荷積聚在靠鉑極一側(cè)的二氧化鋯表面。氧傳感器利用這一性質(zhì)，在氧化鋯管內(nèi)側(cè)導(dǎo)入大氣（氧濃度高），外側(cè)接觸氧濃度低的排氣。因此，隨著排氣中的氧濃度變化，其內(nèi)外側(cè)濃度比也在變化，在氧不足的過(guò)濃混合氣側(cè)，其氧濃度比較大，使之產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。同時(shí)，在氧過(guò)剩的稀薄混合氣側(cè)，其氧濃度比較小，使之幾乎不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。圖1-83  氧化鋯式氧傳感器的作用原理及輸出特性a）氧化鋯式氧傳感器的作用原理