双馈电机工作模式详解

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：2.模式二：次同步速下的回馈制动和发电工作模式在电动机转速小于同步转速时，若调节Eadd使Eadd>Er，转子电流Ir反向，电动机转矩Te变“-”，Te-TL<0，电动机进入制动状态。

1.模式一：次同步速下的电动工作模式（0<s<1）

次同步速工作状态是电动机转速低于同步转速n₀时的工作状态。在电动机定子连接电源后、电动机起动前，s=1，E_r=E_r0，令E_add=E_r=E_r0，由式（3.44），I_r=0，电动机静止不转。起动时减小E_add，E_add<E_r，转子产生正向电流，电动机起动，随着转速上升，s↓→E_r↓（E_r=sE_r0），这时应调节附加电动势E_add同步下降，以保持E_r>E_add，产生足够的起动电流I_r。起动后，如果电动机是理想空载，转速将到达同步转速n₀，这时s=0，E_r=0，E_add=0；在加载情况下，当电动机转矩T_e等于负载转矩T_L时，I_r=I_L，电动机以一定转速和转差率稳定运行。在电动机运行中，如果减小E_add，则E_add↓→（E_r-E_add）↑→I_r↑→T_e↑→（T_e-T_L）>0，电动机转速将上升，随n↑→s↓→E_r↓→I_r↓→T_e↓，到T_e-T_L=0时，电动机在较高速下工作。反之，如果提高E_add，但E_add<E_r，则E_add↑→（E_r-E_add）↓→I_r↓→T_e↓→（T_e-T_L）<0，电动机转速将下降。因此，调节E_add可以调节转速。当电动机稳态时，定子输入功率P_m=sP_m+（1-s）P_m，转差功率P_s=sP_m>0，P_s从转子输出，由附加电动势E_add吸收，次同步速电动工作时的功率流向如图3.33d所示。

2.模式二：次同步速下的回馈制动和发电工作模式（0<s<1）

在电动机转速小于同步转速时（次同步电动工作状态），若调节E_add使E_add>E_r，转子电流I_r反向（I_r流向转子），电动机转矩T_e变“-”，T_e-T_L<0，电动机进入制动状态。进入制动状态后，随电动机转速下降，转差s↑，E_r↑（E_r=sE_r0），应该提高E_add以维持制动电流实现快速制动。在制动时，转子电流I_r反向，E_add输出转差功率sP_m，转子吸收转差功率sP_m。

在电动机转速小于同步速制动时，转子电流反向，由式（3.10）可知，I_s=I′_m+I′_r，因为I_m很小，I_r为“-”，I_s也变“-”，这意味着I_s将从定子流向电源，由定子侧电源吸收电能，双馈电机进入发电状态。在次同步速下，负载动能转变的电能（1-s）P_m和转子注入的电能sP_m共同从定子侧回输电源，实现了电动机的回馈制动，如图3.33b所示。转子注入的电能除去一定损耗外仍由定子输出，转子注入的电能没有浪费。

3.模式三：超同步速下的电动工作模式（0>s>-1）

在低同步速电动工作时，双馈电机是通过降低E_add使I_r>I_L而提升转速的，当s→0、转速接近同步速时，E_add降低到0后就不能再通过减小E_add而提升转速。由式（3.44）可知，改变E_add方向，使E_add与E_r顺向连接，，反向的E_add从0提高，使I_r>I_L，电动机将继续加速，转速将超过同步转速（n>n₀）。在n>n₀后，s<0，E_r=sE_r0变“-”，这时调节E_add控制反向的I_r可以在同步速以上调速。在同步速以上，s<0，转差功率sP_m变“-”，表明sP_m从E_add流向转子，如图3.33c所示。(https://www.chuimin.cn)

4.模式四：超同步速下的回馈制动和发电工作模式（0>s>-1）

双馈电机在超同步速运行时，电动机转差率0>s>-1，电动机转速超过同步速已经具备发电工作的条件。在超同步速电动工作时，令-E_add<sE_r0，sE_r0-E_add<0，转子电流I_r变“-”，产生的转矩从电动转矩变为制动转矩，电动机进入发电回馈制动状态。在超同步速制动时，I_r为“-”，使定子电流I_s也变“-”，因此P_m为“-”，电动机由定子向电源输出电能。又因为0>s>-1，P_m为“-”，sP_m为“+“，表明转子在输出转差功率，负载动能产生的电功率（1-s）P_m经定子和转子同时输出如图3.33a所示。

在超同步速制动和次同步速制动时，双馈电机都向交流电源输出功率，工作于发电状态。如果双馈电机的负载是风叶涡轮机，风叶涡轮机带动双馈电机旋转，风叶涡轮机和双馈电机就组成风力发电系统，在风力较小时系统工作在次同步速发电状态，在风力较大时系统工作在超同步速发电状态，通过E_add的控制可以在较宽风力范围内向电网提供频率稳定的电能。

5.模式五：电动机在倒拉反转时作制动运行的工作模式（2>s>1）

双馈电机倒拉反转制动运行模式，是起重机下放重物时控制重物下放速度的一种控制方法。起重机提升重物时，电动机是次同步速电动工作状态，转子附加电动势E_add<E_r，调节E_add可调节转子电流和电动机转矩T_e，如果T_e小于负载转矩T_L，重物将使电动机反转（倒拉反转），T_e成为阻止重物下降的阻转矩，起制动作用。调节E_add可调节阻转矩T_e的大小，控制重物下降的速度，因此倒拉反转制动模式的控制与次同步速电动模式相同。不同之处在于倒拉反转时，2>s>1，机械功率（1-s）P_m为“-”，sP_m为“+”，表明机械功率（1-s）P_m和电磁功率P_m同时输入电动机，并从转子以转差功率sP_m回馈电源，如图3.33e所示。需要说明的是，在上面叙述中电动势和电流的反向及“+”、“-”等表述，实际上是交流电动势和电流的相位变化。电流落后于电动势，相位角，转差功率P_s=3E_rI_rcosφ，P_s为“+”，转子输出电能；，Ps为“-”，转子输入电能。

双馈电机工作模式详解

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