根據(jù)“合頻”特性，在圖1兩臺電機組合發(fā)電中，發(fā)電機2定子繞組輸出的電流頻率、發(fā)電機1定子繞組輸出的電流頻率和電機轉(zhuǎn)子的機械旋轉(zhuǎn)頻率應符合如下關系[3]：

f1= P1×fn1

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

式中：ft——發(fā)電機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2的極對數(shù)；

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

  P1——發(fā)電機1的極對數(shù)；

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

　　只要設計和控制好P1，fn1，P2，fn2這4個參數(shù)，完全可以使發(fā)電機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個參數(shù)主要由變速機機械變速和改變發(fā)電機極對數(shù)來實現(xiàn)。因此，利用發(fā)電機2“合頻”特性，通過變速機機械變速和改變發(fā)電機極對數(shù)，可實現(xiàn)風速變化時風力機在多級風輪轉(zhuǎn)速下能輸出恒定頻率的電能，以提高風能的利用率。

　　由式（1）知，增加電機極對數(shù)，可降低機械旋轉(zhuǎn)頻率，相應降低轉(zhuǎn)子及齒輪轉(zhuǎn)速，改善潤滑條件，減少維護費用。[4]小功率的發(fā)電機1的額定功率約為發(fā)電機2額定功率的1/4，其電機極對數(shù)一般可以變化。當風速較小時，變速機只帶動發(fā)電機1工作，發(fā)電機2脫開與變速機的連接停止工作，發(fā)電機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)電機發(fā)電效率，延長了大功率發(fā)電機2的壽命；當風速較大（風機輸入功率較大）時，2臺發(fā)電機經(jīng)變速機帶動都發(fā)電工作，且發(fā)電機1發(fā)出的電流經(jīng)控制系統(tǒng)輸入到發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子繞組電路進行“合頻”，結(jié)合變速機機械變速、改變電機極對數(shù)等方法，使風力發(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、改變電機極對數(shù)、控制發(fā)電機1輸向發(fā)電機2的電流頻率等參數(shù)、控制發(fā)電機2轉(zhuǎn)子電路電阻值等作用。改變電阻值可控制電機的滑差率，使得風速及風輪轉(zhuǎn)速在小范圍變化時發(fā)電機發(fā)出的電流頻率仍保持恒定[4]。

　　二 四級變速風力發(fā)電實例