雙饋發(fā)電理論培訓(xùn)

2005v1.0雙饋變頻發(fā)電機控制技術(shù)基礎(chǔ)

1變速發(fā)電概論傳統(tǒng)同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速公式：

n0=60f0/pn0:同步轉(zhuǎn)速f0:定子供電頻率P:極對數(shù)直流勵磁同步機傳統(tǒng)火電發(fā)電機，50赫茲，兩極，3000rpm2雙饋發(fā)電機原理圖VVVF3雙饋發(fā)電機原理圖解釋采用繞線式異步電動機，定子接工頻電源，轉(zhuǎn)子外接三相可變電源，因定、轉(zhuǎn)子均供電，故稱雙饋也稱為交流勵磁發(fā)電機4雙饋發(fā)電機特性發(fā)電機轉(zhuǎn)速可變（可以高于或低于同步速度）轉(zhuǎn)速變化過程中控制變頻電源保持轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)（自同步特性）可以對發(fā)電機定子側(cè)有功和無功同時進(jìn)行解耦控制（矢量控制）5直流勵磁同步發(fā)電機交流勵磁發(fā)電機直流勵磁三相交流勵磁定子、轉(zhuǎn)子磁場按同步速度轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)定子、轉(zhuǎn)子磁場按同步速度旋轉(zhuǎn)由于轉(zhuǎn)子勵磁是三相交流，轉(zhuǎn)子磁場相對

于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子速度慢于磁場旋轉(zhuǎn)速度（亞同步）轉(zhuǎn)子速度快于磁場旋轉(zhuǎn)速度（超同步）定子磁場轉(zhuǎn)子磁場定子磁場轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子6關(guān)鍵概念定子頻率f0=50HZ定子磁場旋轉(zhuǎn)速度n0=60f0/p轉(zhuǎn)差率s=(n0–n)/n0轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

n=(1–s)60f0/p7關(guān)鍵概念自同步轉(zhuǎn)子供電頻率

f2=sf0轉(zhuǎn)子電勢

E2=sE20E20：轉(zhuǎn)子開口電壓8雙饋發(fā)電機工作狀態(tài)靜止?fàn)顟B(tài)s=1亞同步狀態(tài)0<s<1同步狀態(tài)s=0超同步狀態(tài)s<09轉(zhuǎn)差率s定子額定電壓的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢E210開口電壓E20（G58：定子D接法1852V）最高速度靜止亞同步速度區(qū)超同步速度區(qū)同步速度0.4-0.3740/1.732=427V（定子Y接法）556V（定子D接法）10功率關(guān)系風(fēng)機功率PM定子有功功率P1=PM+P2轉(zhuǎn)子有功功率P2=sP1轉(zhuǎn)子無功功率S2=sS1發(fā)電總功率P=PM=P1-P2=（1–s)P1

11發(fā)電功率P轉(zhuǎn)子功率P2亞同步S>0定子功率P1超同步S<012轉(zhuǎn)差率s發(fā)電功率P10最高速度1950rpm靜止亞同步速度區(qū)超同步速度區(qū)同步速度1500rpm定子額定功率G58雙饋發(fā)電機功率曲線圖轉(zhuǎn)子功率投入速度900rpm額定發(fā)電功率。轉(zhuǎn)速1620rpm，Y–D切換0.4-0.08-0.313雙饋發(fā)電機對轉(zhuǎn)子變頻器的要求四象限變頻器，功率可以雙向流動低諧波，滿足電網(wǎng)要求變頻器容量取決于最大電流和最大轉(zhuǎn)差率滿足自同步控制要求滿足有功/無功解耦控制要求14四象限變頻器15低諧波，滿足電網(wǎng)要求采用IGBT高頻開關(guān)減少諧波總量，提高諧波次數(shù)采用濾波器進(jìn)一步過濾高次諧波16變頻器容量選擇轉(zhuǎn)差越大，變頻器工作電壓越高風(fēng)機力矩越大，變頻器工作電流越大轉(zhuǎn)子繞組采用星–三角變換可以減小變頻器容量并匹配風(fēng)機特性低速、低負(fù)荷時定子采用星形接法，降低轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢高速、高負(fù)荷時定子采用三角形接法，降低轉(zhuǎn)子工作電流G58轉(zhuǎn)子變頻器容量僅63KVA，大大小于傳統(tǒng)雙饋轉(zhuǎn)子變頻器容量17轉(zhuǎn)子變頻器的自同步控制采用光電碼盤確定轉(zhuǎn)子繞組位置以轉(zhuǎn)子位置為起始點控制轉(zhuǎn)子三相電流，使轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)光電碼盤要進(jìn)行初始定位以矯正安裝誤差18有功和無功的解耦控制控制器有兩個控制通道有功功率通道控制發(fā)電量無功功率通道控制功率因數(shù)19矢量變換IIIp有功功率無功功率I2TI2M33320Ψ氣隙磁通矢量I2I1IME1，E2U1發(fā)電矢量圖I2TI2M有功分量無功分量VVVFI2I1U1E1，E221變頻調(diào)速是如何實現(xiàn)的？以最低的損耗進(jìn)行能量控制，把固定頻率和幅值的交流電源變成頻率和幅值可控的交流電源變頻調(diào)速技術(shù)是半導(dǎo)體功率開關(guān)技術(shù)和電動機運動控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物半導(dǎo)體功率開關(guān)技術(shù)：變頻器主回路，執(zhí)行能量變換電動機運動控制技術(shù)：變頻器控制回路硬件和軟件，能量變換的控制22為什么要采用開關(guān)技術(shù)來進(jìn)行能量控制？采用開關(guān)來進(jìn)行功率的控制，理想狀態(tài)開關(guān)上的靜態(tài)功率損耗為零（I=0或V=0，二者必居其一，P=I*V=0）開關(guān)的能量損耗主要發(fā)生在開關(guān)由開到關(guān)或由關(guān)到開的過渡過程中KK23

用開關(guān)進(jìn)行功率的連續(xù)控制有觸點開關(guān)，機械動作開關(guān)頻率低無觸點開關(guān)，沒有機械動作，開關(guān)頻率高對開關(guān)進(jìn)行高頻通斷，可以控制負(fù)載上的平均功率，開關(guān)動作頻率越高，功率控制越平穩(wěn)24為什么要采用半導(dǎo)體功率開關(guān)技術(shù)？有觸點開關(guān)無法滿足功率連續(xù)控制對開關(guān)進(jìn)行高頻率分合操作的要求開關(guān)的過渡過程的損耗不僅帶來能量損失，而且使開關(guān)發(fā)熱，危害安全運行用半導(dǎo)體開關(guān)代替機械開關(guān)，由于半導(dǎo)體開關(guān)是無觸點的，因此開關(guān)頻率高，壽命長，能夠滿足工業(yè)上功率連續(xù)控制的要求25半導(dǎo)體開關(guān)器件半導(dǎo)體開關(guān)器件的發(fā)展水平?jīng)Q定了功率開關(guān)技術(shù)的水平。大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件從可控硅SCR開始，經(jīng)歷了可關(guān)斷可控硅GTO，大功率晶體管GTR，功率MOS管MOSFET，絕緣柵晶體管IGBT，集成門極換流晶閘管IGCT等數(shù)代元件的發(fā)展過程開關(guān)的發(fā)展趨勢是工作頻率越來越高，開關(guān)動作的速度越來越快（開關(guān)損耗低），操作開關(guān)所需要的能量越來越小26使用半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行功率變換的主要方式移相控制

移相控制采用可控硅技術(shù)，通過對可控硅觸發(fā)時刻（移相角）的控制來使固定頻率和幅值的電網(wǎng)電壓得到整流，產(chǎn)生可調(diào)的輸出電壓。由于移相角控制策略的不同，可以產(chǎn)生可控整流或交交變頻的效果。半導(dǎo)體器件承受的是交流電壓，電壓反向后能自然關(guān)斷，因而變流器結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。但移相控制的開關(guān)頻率受電網(wǎng)頻率限制，輸出諧波大，響應(yīng)慢。27移相控制，控制角大，輸出電壓平均值低移相控制，控制角小，輸出電壓平均值高輸出電壓UU3AC28斬波控制斬波控制直接對直流電源進(jìn)行開關(guān)控制，必須采用強迫關(guān)斷電路或可關(guān)斷器件。例如交直交電流型變頻器，通過逆變橋斬波將直流電流逆變成交流方波電流，斬波的頻率決定了輸出電流的頻率。對斬波的開關(guān)時間進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)計算，產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制（PWM）的效果，達(dá)到平均值的控制

29UU單相斬波器(PWM)輸出電壓斬波控制30電動機運動控制技術(shù)電動機運動控制技術(shù)的目的是實現(xiàn)對電動機力矩的控制TU1I2cos2要在充分利用電動機銅、鐵材料的基礎(chǔ)上實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的控制(基速以下的恒磁通控制，基速以上的恒功率控制）31運動控制的實現(xiàn)通過對電動機物理狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型的模擬和控制，用矢量分解的辦法把交流電動機的調(diào)速變得和直流電動機調(diào)速一樣（磁通）E（感應(yīng)電勢）U（定子電壓）I（定子電流）電流力矩分量IT電流勵磁分量IM32在控制的實現(xiàn)方法上

經(jīng)歷了模擬控制到數(shù)

字和計算機控制的發(fā)

展過程，得益于微