雙饋發(fā)電理論培訓(xùn)

2005v1.0雙饋?zhàn)冾l發(fā)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速公式：

n0=60f0/pn0:同步轉(zhuǎn)速f0:定子供電頻率P:極對(duì)數(shù)直流勵(lì)磁同步機(jī)傳統(tǒng)火電發(fā)電機(jī)，50赫茲，兩極，3000rpm2雙饋發(fā)電機(jī)原理圖VVVF3雙饋發(fā)電機(jī)原理圖解釋采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)，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(chēng)雙饋也稱(chēng)為交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)4雙饋發(fā)電機(jī)特性發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可變（可以高于或低于同步速度）轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中控制變頻電源保持轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)（自同步特性）可以對(duì)發(fā)電機(jī)定子側(cè)有功和無(wú)功同時(shí)進(jìn)行解耦控制（矢量控制）5直流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)直流勵(lì)磁三相交流勵(lì)磁定子、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)按同步速度轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)定子、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)按同步速度旋轉(zhuǎn)由于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁是三相交流，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)

于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子速度慢于磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度（亞同步）轉(zhuǎn)子速度快于磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度（超同步）定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子6關(guān)鍵概念定子頻率f0=50HZ定子磁場(chǎng)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(shì)

E2=sE20E20：轉(zhuǎn)子開(kāi)口電壓8雙饋發(fā)電機(jī)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(shì)E210開(kāi)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(jī)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(wú)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(jī)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(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子變頻器的要求四象限變頻器，功率可以雙向流動(dòng)低諧波，滿(mǎn)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(mǎn)足自同步控制要求滿(mǎn)足有功/無(wú)功解耦控制要求14四象限變頻器15低諧波，滿(mǎn)足電網(wǎng)要求采用IGBT高頻開(kāi)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(guò)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(jī)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(jī)特性低速、低負(fù)荷時(shí)定子采用星形接法，降低轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)高速、高負(fù)荷時(shí)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?jī)H63KVA，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(pán)確定轉(zhuǎn)子繞組位置以轉(zhuǎn)子位置為起始點(diǎn)控制轉(zhuǎn)子三相電流，使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)光電碼盤(pán)要進(jìn)行初始定位以矯正安裝誤差18有功和無(wú)功的解耦控制控制器有兩個(gè)控制通道有功功率通道控制發(fā)電量無(wú)功功率通道控制功率因數(shù)19矢量變換IIIp有功功率無(wú)功功率I2TI2M33320Ψ氣隙磁通矢量I2I1IME1，E2U1發(fā)電矢量圖I2TI2M有功分量無(wú)功分量VVVFI2I1U1E1，E221變頻調(diào)速是如何實(shí)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(kāi)關(guān)技術(shù)和電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)技術(shù)：變頻器主回路，執(zhí)行能量變換電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)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(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)行能量控制？采用開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行功率的控制，理想狀態(tài)開(kāi)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(kāi)關(guān)的能量損耗主要發(fā)生在開(kāi)關(guān)由開(kāi)到關(guān)或由關(guān)到開(kāi)的過(guò)渡過(guò)程中KK23

用開(kāi)關(guān)進(jìn)行功率的連續(xù)控制有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，機(jī)械動(dòng)作開(kāi)關(guān)頻率低無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，沒(méi)有機(jī)械動(dòng)作，開(kāi)關(guān)頻率高對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行高頻通斷，可以控制負(fù)載上的平均功率，開(kāi)關(guān)動(dòng)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(kāi)關(guān)技術(shù)？有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)無(wú)法滿(mǎn)足功率連續(xù)控制對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行高頻率分合操作的要求開(kāi)關(guān)的過(guò)渡過(guò)程的損耗不僅帶來(lái)能量損失，而且使開(kāi)關(guān)發(fā)熱，危害安全運(yùn)行用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)代替機(jī)械開(kāi)關(guān)，由于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是無(wú)觸點(diǎn)的，因此開(kāi)關(guān)頻率高，壽命長(zhǎng)，能夠滿(mǎn)足工業(yè)上功率連續(xù)控制的要求25半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展水平?jīng)Q定了功率開(kāi)關(guān)技術(shù)的水平。大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件從可控硅SCR開(kāi)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(mén)極換流晶閘管IGCT等數(shù)代元件的發(fā)展過(guò)程開(kāi)關(guān)的發(fā)展趨勢(shì)是工作頻率越來(lái)越高，開(kāi)關(guān)動(dòng)作的速度越來(lái)越快（開(kāi)關(guān)損耗低），操作開(kāi)關(guān)所需要的能量越來(lái)越小26使用半導(dǎo)體開(kāi)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(guò)對(duì)可控硅觸發(fā)時(shí)刻（移相角）的控制來(lái)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(jiǎn)單，可靠性高。但移相控制的開(kāi)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(duì)直流電源進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，必須采用強(qiáng)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(guò)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(duì)斬波的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)計(jì)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(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)力矩的控制TU1I2cos2要在充分利用電動(dòng)機(jī)銅、鐵材料的基礎(chǔ)上實(shí)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(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的調(diào)速變得和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速一樣（磁通）E（感應(yīng)電勢(shì)）U（定子電壓）I（定子電流）電流力矩分量IT電流勵(lì)磁分量IM32在控制的實(shí)現(xiàn)方法上

經(jīng)歷了模擬控制到數(shù)

字和計(jì)算機(jī)控制的發(fā)

展過(guò)程，得益于微