基于矩阵变换器的无刷双馈电机控制研究

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1、摘要无刷双馈电机是在串级电机基础上发展起来的一种新型、兼具异同步电机特点的交流调速电机，结构简单牢固、功率因数可调、可回馈使用的转差功率、小容量的调速控制装置及多种运行模式等特点，深受国内外研究者的重视。以笼型转子无刷双馈电机及其调速系统为研究对象，介绍了无刷双馈电机的工作原理、发展历史和国内外研究现状、课题来源及研究意义，推导了无刷双馈电机的稳态等效电路模型，得到了该电机在电动或发电运行方式下定子绕组间的功率分配关系以及功率流向，建立了无刷双馈电机的仿真模型，并对其各种运行方式进行了仿真研究。提出基于矩阵式变换器的无刷双馈电机控制策略，与无刷双馈电机控制绕组相连

2、的变换器要求能量能够双向流动，其容量大约是电机容量的几分之一，矩阵变换器以其诸多独特的优点成为首选变换器，它能够实现四象限运行，能量可双向流动。由于没有大容量的储能元件，矩阵变换器的结构相对于传统的交直交变换器更为紧凑、体积更小，便于与电机集成在一起。通过适当调制，可使矩阵变换器的输入电流波形接近正弦波，减小对电网的谐波污染，矩阵变换器的输入功率因数可按近l。仿真结果表明，基于矩阵式变换器通过控制无刷双馈电机控制绕组的电流频率和幅值，能够很好的实现转速和功率绕组的功率因数调节。而矩阵式变换器的利用可使控制绕组的电流接近正弦波，加快转速调节过程。本文的研究工作得到国

3、家自然科学基金重点项目一“分散式风力一太阳能混合发电系统研究”(60534040)的资助。关键词：无刷双馈电机矩阵式变换器空间矢量调制AbstractTheBrnahlessDoubly-FedMachine(BDFM)isasingle—frame，self-cascadedinductionmachinecapableofoperatinginboththeinductionandtheasynchronousmode．BDFMhastherobustmechanicalcharacteristicstogether、“mcontrollablespeedan

4、dpowerfactor,arelativelylowratingpowerconverter．Thesebenefitsattractmoreandmoreresearcher’Sattention．．Inthispaper,acomprehensiveresearchontheBDFMwithcagerotorisdeveloped．AfterreviewingtheprogressoftheBDFM，itsstructurecharacteristicsandprincipalsarediscussed．111esimulationmodeloftheBDF

5、MiSestablishedandbehaviorsunderdifferentoperationmodesarestudied．ThesteadystateequivalentcircuitsfortheBDFMisdetaileddeveloped．Aftersimplifyingthesteadystateequivalentcircuit,thepowerofthestatorwIndIngsoftheBDFMisexplicitlyexpressed．SoitiseasytoknowthepowerflowdirectionswhethertheBDFM

6、worksasamotororasagenerator．ThepapermainlyprobesintothecontrolstrategyontheBDFMandpresentsControlstrategyofBrushlessDoubly—FedMachinesbasedonmatrixconverter．MatrixConverterisanovelAC-to—ACpowerconverterdevicewimbidirectionalpowerflow,sinnsoidalinput／outputcurrentandunityinputpowerfact

7、or,thelackofDC-linl('theabilityoffourquadrantoperation，theexcellentwaveformsofinputcurrentandoutputvoltage，variablepowerfactorinputcurrent．Becauseofsuchadvantages，matrixconverterwillbechoosedascontr01windingexcitationSOUl'c：e．Simulationresultsillustratethegoodperformanceofstabilizings

8、peedf