绕线转子感应电机:设计、优势与变速应用
绕线转子感应电机定子与鼠笼电机相同,但转子含绝缘绕组经滑环和电刷引出。滑环从不供电,但启动时关键作用:允许在转子绕组串联电阻。电机达运行转速后,电阻短路,转子电气特性等同鼠笼转子。

绕线转子感应电机
为何在转子串联电阻?
大型鼠笼电机启动电流达额定500-1000%。串联电阻大幅降低堵转电流,更重要的是增加启动转矩。转子电阻从R0增至R1、R2,击穿转矩峰值左移,在零转速处达最大。这对启动大惯量负载至关重要。

增加转子电阻将击穿转矩峰值移至零转速
虽串联电阻降低满速转矩,但转子加速后电阻切除。启动产生的热量在外部启动电阻消散,保持电机本体低温。
绕线转子电机缺点是电刷滑环增加复杂性和维护。
此配置适合启动重载大惯量负载。高启动电阻使峰值拉出转矩在零转速即刻可用——区别于鼠笼电机峰值转矩仅在同步转速80%附近出现。
调速
启动后重新在转子回路引入可变电阻可调速。增大电阻降低转子电流,减速。但高启动转矩和移位击穿转矩仅在低速存在。高速时行为类似鼠笼电机。
典型电阻值记为R0、R1、R2、R3,从零增至最大。R3更高可进一步降速。调速在50-100%满速范围最佳,对电梯、印刷机等变速负载效果良好。

转子电阻控制绕线转子感应电机转速
双馈感应发电机(DFIG)
绕线转子电机超同步转速驱动可作发电机。因定子转子均电气可及,称双馈感应发电机,区别于仅定子连线的单馈版本。

转子电阻实现双馈感应发电机超同步运行
DFIG转速可在同步转速±30-50%范围变化。转子回路插入电阻吸收超速多余能量,负电阻可在欠速时补充能量。实际中电阻被功率变换器替代,从转子吸收/馈送能量,提升整体效率。

变换器从双馈感应发电机转子回收能量

变换器从电网为双馈感应发电机转子借/供能量,使其高效在亚/超同步运行
此配置下,转子可有效“借用”或向定子供电,使发电机偏离同步转速时仍维持60Hz输出。理论上无损DFIG将100%机械功率送入电网;实际中转子贡献可使视在输出达机械输入130%左右,额外能量由变换器吸收/供给。
绕线转子感应电机关键特性
- 高启动转矩适合重载大惯量负载。
- 启动电流低于鼠笼电机。
- 通过转子电阻可在50-100%满速范围调速。
- 需电刷滑环,维护量大于鼠笼设计。
- 作发电机用时,成为变速双馈感应发电机(DFIG)。
相关工作表:交流电机理论工作表
工业技术