東汽FD70/FD77風(fēng)電機(jī)組變流器系統(tǒng)原理及應(yīng)用

　　1.2 變速恒頻發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和原理
　　雙饋發(fā)電機(jī)的定子通過(guò)開(kāi)關(guān)和電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子通過(guò)碳刷引出和變頻器輸出連接。如圖2 所示，觀察方向從左至右，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)；相對(duì)定子不動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n。
　　風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速1500r/min 時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組上加上低頻交流電，在轉(zhuǎn)子線圈周?chē)蜁?huì)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸（相當(dāng)于轉(zhuǎn)子不動(dòng)）來(lái)定義，轉(zhuǎn)速為n1，方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向n 相同。n 和n1 方向相同，兩者同向相加，合成為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)n0。轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸而旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)于定子繞組而旋轉(zhuǎn)。
　　風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速1500r/min 時(shí)，改變轉(zhuǎn)子電流的相序，可以改變轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，使得轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向n2 與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向n 相反。改變轉(zhuǎn)子電流的頻率可以改變轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，n 和n2 方向相反，兩者反向相減，合成為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)n0=1500r/min。
　　例如：當(dāng)風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速為1200r/min 時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組上加上一個(gè)正向旋轉(zhuǎn)的三相交流電，頻率為10Hz，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0=n+n1=1200+30×10=1500r/min。以1500r/min 的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子繞組，則在定子繞組上感應(yīng)出50Hz 的交流電。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速為1800r/min 時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組上加上一個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的三相交流電，頻率為-10Hz，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0=n+n2=1200+30×10=1500r/min。
　　變流器通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)時(shí)調(diào)整變流器輸出的轉(zhuǎn)子電流頻率和相序，可以保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速始終保持為同步轉(zhuǎn)速1500r/min，從而保證發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓頻率為工頻50Hz，無(wú)論發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少（1100r/min~1800r/min），發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率都是50Hz，實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。
　　變流器主要完成電源頻率的變換，網(wǎng)側(cè)NPR IGBT 負(fù)責(zé)將690V 電源電壓整流成1000V 以上的直流母線電壓或者將直流母線電壓逆變成工頻50Hz 的690V 電源電壓反饋回電網(wǎng)；機(jī)側(cè)MPR IGBT 負(fù)責(zé)將直流母線電壓逆變成頻率（0Hz~40Hz）可調(diào)、幅值和相位可調(diào)的交流電壓加到轉(zhuǎn)子繞組上，或者將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出的變頻交流電壓整流成直流母線電壓，再由網(wǎng)側(cè)IGBT 將直流母線電壓逆變成工頻50Hz 的690V 電源電壓反饋回電網(wǎng)（圖3）。

圖3 電源頻率變換示意圖

　　當(dāng)風(fēng)速較小，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組需要?jiǎng)?lì)磁。能量從電網(wǎng)到變流器再到轉(zhuǎn)子繞組線圈，通過(guò)網(wǎng)側(cè)IGBT-- 直流母線電壓-- 機(jī)側(cè)IGBT 變換成頻率、幅值和相位可調(diào)的交流電壓加到轉(zhuǎn)子繞組上。
　　當(dāng)風(fēng)速較大，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組要對(duì)外發(fā)電，首先經(jīng)過(guò)機(jī)側(cè)IGBT 把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)出的變頻交流電壓整流成直流母線電壓，再通過(guò)網(wǎng)側(cè)IGBT 將直流母線電壓逆變成工頻50Hz 的690V 電源電壓反饋回電網(wǎng)。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組都在同時(shí)發(fā)電，所以稱(chēng)為雙饋發(fā)電機(jī)。