根據(jù)“合頻”特性，在圖1兩臺(tái)電機(jī)組合發(fā)電中，發(fā)電機(jī)2定子繞組輸出的電流頻率、發(fā)電機(jī)1定子繞組輸出的電流頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)符合如下關(guān)系[3]：

f1= P1×fn1

ft= P2×fn2 + P1×fn1          （1）            

式中：ft——發(fā)電機(jī)2定子繞組輸出的電流頻率，與電網(wǎng)頻率相同；

  P2——發(fā)電機(jī)2的極對(duì)數(shù)；

  fn2——發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)頻率；

  P1——發(fā)電機(jī)1的極對(duì)數(shù)；

  fn1——發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)頻率。

　　只要設(shè)計(jì)和控制好P1，fn1，P2，fn2這4個(gè)參數(shù)，完全可以使發(fā)電機(jī)2輸出的電流頻率保持為電網(wǎng)頻率或其他所需頻率，這4個(gè)參數(shù)主要由變速機(jī)機(jī)械變速和改變發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，利用發(fā)電機(jī)2“合頻”特性，通過(guò)變速機(jī)機(jī)械變速和改變發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)速變化時(shí)風(fēng)力機(jī)在多級(jí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下能輸出恒定頻率的電能，以提高風(fēng)能的利用率。

　　由式（1）知，增加電機(jī)極對(duì)數(shù)，可降低機(jī)械旋轉(zhuǎn)頻率，相應(yīng)降低轉(zhuǎn)子及齒輪轉(zhuǎn)速，改善潤(rùn)滑條件，減少維護(hù)費(fèi)用。[4]小功率的發(fā)電機(jī)1的額定功率約為發(fā)電機(jī)2額定功率的1/4，其電機(jī)極對(duì)數(shù)一般可以變化。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，變速機(jī)只帶動(dòng)發(fā)電機(jī)1工作，發(fā)電機(jī)2脫開(kāi)與變速機(jī)的連接停止工作，發(fā)電機(jī)1發(fā)出的電流經(jīng)控制系統(tǒng)切換，直接輸?shù)诫娋W(wǎng)或其他電路，由此提高了發(fā)電機(jī)發(fā)電效率，延長(zhǎng)了大功率發(fā)電機(jī)2的壽命；當(dāng)風(fēng)速較大（風(fēng)機(jī)輸入功率較大）時(shí)，2臺(tái)發(fā)電機(jī)經(jīng)變速機(jī)帶動(dòng)都發(fā)電工作，且發(fā)電機(jī)1發(fā)出的電流經(jīng)控制系統(tǒng)輸入到發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子繞組電路進(jìn)行“合頻”，結(jié)合變速機(jī)機(jī)械變速、改變電機(jī)極對(duì)數(shù)等方法，使風(fēng)力發(fā)電裝置輸出的電流頻率仍保持電網(wǎng)頻率。

　　控制系統(tǒng)主要起到電流切換、改變電機(jī)極對(duì)數(shù)、控制發(fā)電機(jī)1輸向發(fā)電機(jī)2的電流頻率等參數(shù)、控制發(fā)電機(jī)2轉(zhuǎn)子電路電阻值等作用。改變電阻值可控制電機(jī)的滑差率，使得風(fēng)速及風(fēng)輪轉(zhuǎn)速在小范圍變化時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流頻率仍保持恒定[4]。

　　二 四級(jí)變速風(fēng)力發(fā)電實(shí)例