无刷双馈电机的控制方法研究

无刷双馈电机是一种新型电机,可以实现异步、同步、双馈等多种运行方式。它既可作为电动机运行用于交流调速传动系统,也可作发电机运行用于变速恒频恒压发电系统,具有变频器(励磁装置)容量小,独立调节有功功率和无功功率,控制功率因数,实现四象限无级调速,无刷化运行等特点,在风机和泵类机械的节能调速系统及变速恒频的水力和风力发电系统中具有广阔的应用前景。本文对无刷双馈电机的运行原理及运行特性进行了系统地分析,深入研究了其控制原理和控制方法,主要工作内容包括: 从无刷双馈电机的气隙磁场出发,系统地分析了无刷双馈电机运行原理、定转子基本结构,推导了稳态等效电路和稳态方程讨论了稳态性能特性。 针对无刷双馈电机能量双向流动的要求,研究了PWM整流器的控制方法,并设计出实验用的双PWM变频器装置。详细地分析了三相电压型PWM整流器的基本原理及其数学模型,在矢量解耦控制策略基础上引入了负载电流的前馈控制。通过仿真和实验证明所设计的PWM整流器具有谐波含量低、动态响应能力好,可以实现单位功率因数可控制和无刷双馈电机系统能量的双向流动。 介绍了无刷双馈电机的网路模型、转子速模型,推导和建立了双同步模型等数学模型进行推导。本文在转子速模型的基础上,重点推导和建立了无刷双馈电机的双同步速数学模型。该模型将无刷双馈电机分解为控制绕组与功率绕组两个坐标子系统,在各自系统中定、转子各变量转变为直流量,可以直接通过控制绕组电压对电机转速、转矩、功率等实现控制,给无刷双馈电机的控制策略和控制方法的实现提供理论基础。 对无刷双馈电机的异步运行、同步运行、双馈运行和故障状态运行等运行模式的运行性能进行了数字仿真研究,仿真结果表明:在满足励磁的情况下,电机的转速只与控制侧的频率有关;流过控制绕组的电能只占系统能量的一小部分,有效的降低了变频器的容量;同步运行和双馈运行模式是无刷双馈电机的较理想的运行模式,在双馈运行模式下,电机表现出类似同步电机的特性;在变频器发生严重故障的情况下,电机仍可作为一般的感应电机使用,实现了电机的通用化和无刷化。 对无刷双馈电机的转子磁场定向控制系统进行了研究。本文把功率绕组和控制绕组分别建立在各自的同步坐标上,分别进行磁场定向,简化了数学模型。在此基础上提出一种基于双同步坐标模型的转子磁场定向控制策略,实现了电机的动态转矩控制。仿真和实验结果表明,该控制原理和方法比较适合无刷双馈电机