雙饋異步發電

2:雙饋異步發電的原理和條件。 P2

二:雙饋異步發電的原理和條件

1:對雙饋的詮釋。
“雙饋”是異步電機的一種運行方式,也是一個專用術語。其中的“饋”字,英語為“Fed”,在這裡,漢語應該理解為電能“交換”,故雙饋即是雙端饋電。注意,“Fed”並不確指電能的交換方向(輸出還是輸入),所以,雙饋既有雙饋發電機,亦有雙饋電動機。對於繞線轉子的異步電機,除了定子必然和電源相聯之外,轉子也可以和電源相聯,於是,當電機作為發電機時,稱之為雙饋異步發電機;反之作為電動機時,則稱為雙饋異步電動機,而只有一端和電源相聯的普通電機則屬於“單饋”。
還要指出,雙饋發電或雙饋電動均屬於和外部電源的電能交換,因此,雙饋(Double Fed)以及串級(cascade Control)都應歸屬於外饋。
2:雙饋異步發電的原理和條件。
雙饋異步發電機的基本原理和普遍的異步發電機原理是一致的,所不同的是,雙饋發電機的轉子不是單純地輸入機械功率PM,還有和附加電源交換的電功率PK。這樣做的目的何在?我們先從普通的異步發電機談起。按照異步電機的原理,異步發電機的功率轉換流程為
(轉子功率P2→轉子電磁功率Pem)—→(定子電磁功率Pem→定子電功率P1)
考慮到功率轉換中的損耗,轉子的功率P2必須大於轉子的電磁功率Pem,即有
P2>Pem
這是能量守恆的體現,也是異步發電機的核心原理。發電機目的是將機械能轉化為電能,所以,按理轉子功率P2應該就是機械功率PM,但是問題出來了,根據電機學和力學原理,鏇轉電機的機械功率普遍表達為""
等於機械轉矩TM和轉速N的乘積;而異步電機的電磁功率表達為""
即為電磁轉矩T和同步轉速n1的乘積。同步轉速是鏇轉磁場的轉速,且""考慮到電機穩定運行必然遵循轉矩平衡原理,也就是機械轉矩和電磁轉矩大小相等,方向相反,即T=TM
結果,在n<n1(亞同步)時,卻是PM<Pem
或者P2<Pem 轉子功率小於電磁功率,異步電機不但不能發電,反而是作電動機運行。
為了解決這個亞同步發電的問題,單憑轉子的機械功率是不夠的,為此,轉子需要向附加電源“藉助”一定的電功率,使得轉子的功率為二者之和,即這樣就可以滿足的發電條件了。其功率轉換流程為:
轉子:PM→{(P2=PM+PK)→Pem}——→定子:{pem→p1}→電網
附加電源: pk→
但是要注意,轉子將p2扣除損耗余下的電磁功率傳輸給定子,定子的發電功率p1中除了有用的機械功率pm之外,還有無用的附加電功率pk,理由是pk本身就是電功率,而且在pk由附加電源——發電機——主電源之間循環,不僅無謂,而且造成損耗,降低發電效率,顯然是雙饋發電的一大缺點。
雙饋還有n>n1的超同步發電,此時機械功率PM可能過大於電磁功率Pem,為了避免過載而損壞發電機,轉子要反過來向附加電源發電,其功率流程如下:
轉子:PM→{P2→(P2-PK)→Pem}——→定子:{Pem→P1}→主電源
→PK——→附加電源
其餘限於篇幅,讀者不難自行分析。
對於籠型異步發電機,由於轉子封閉(短路),所以轉子只能單純輸入機械功率,電功率無法輸入,所以其發電條件為PM>Pem,以及n>n1,只有在超同步時才能發電。顯然,這個發電條件極大限制了籠型異步發電機的套用。

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