级联式无刷双馈电机的模型与仿真研究

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1、第36卷第11期要幕电力VoI．36No．12008年11月EastChinaElectricPowerNOV．20o8级联式无刷双馈电机的模型与仿真研究梅柏杉，汤凌峰(1．上海电力学院电力与自动化工程学院，上海200090；2．上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要：介绍了级联式无刷双馈电机的结构与原理，推导了该电机在转子速旋转坐标系下的数学模型。基于该数学模型，在Matlab／Simulink环境下编写s函数，建立了级联式无刷双馈电机的仿真模型，并对电机的运行特性进行了验证，为该类电机用于大功率风力发电领域的研究铺垫理论基础。关键词：级联式无刷双馈

2、电机；数学模型；S函数基金项目：上海市重点学科建设资助项目(P1301)；上海市教委自然科学基金项目(07ZZ146)作者简介：梅柏杉(1957一)，男，教授，研究方向为特种电机及控制系统。中图分类号：TM343文献标识码：A文章编号：1001-9529(2008)11-0134-03Modelingandsimulationofcascadebrushlessdoubly-fedmachineME／Bai．shan’，TANGLing-feng2(1．SchoolofPowerandAutomationEngineering，ShanghaiUniversityo

3、fElectricPower，Shanghai200090，China；2．CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation，ShanghmUniv．，Shanghai200072，China)Abstract：Thestructureandworkingprincipleofthecascadebrushlessdoubly—fedmachinealeintroduced，anditsmathematicalmodelunderrotorreferenceframeisderivedaswel1．Basedonthemat

4、hematicalmodel，thesimulationmodelwasestablishedbymeansofS-functionofMatlabsoftware．Thedynamiccharacteristicsofthemachinewereal—SOsimulated．Keywords：cascadebrushlessdoubly-fedmachine；mathematicalmodel；S-function目前，绕线式异步电机仍是变速恒频风力发1级联式无刷双馈电机的结构与原理电领域的主流机型，但是其结构上具有滑环和电刷因而存在影响工作可靠性的潜在威胁，且使

5、用级联式无刷双馈电机的结构相当于2台绕l维护难度增大。无刷化可提高系统的可靠性，是式异步电机同轴串联而成，2套转子绕组反相J大功率风力发电的发展趋势。在无刷结构的双馈联接，2台电机分别称为功率电机(极对数P)j电机中，有2种不同的方案：一种是采用单机结构控制电机(极对数P)，功率电机的定子绕组直j的无刷双馈电机⋯，在定子上装2套极对数不同接工频三相电源，控制电机的定子绕组接变频的绕组，电机功率绕组的极对数为P，励磁控制其结构见图1。绕组的极对数为P，转子具有特殊的结构，能够耦合极对数不同的功率绕组与控制绕组；另一种电网是级联式无刷双馈电机4。，即将2台极对数分别为P

6、P的绕线式异步电机同轴相联，2转子绕组同轴相连不用滑环电刷而直接相连，极对数为P的电机定子绕组当电机功率绕组使用，而极对数为P，的电机定子绕组当励磁控制绕组使用。前者的优点在图1级联式无刷双馈电机的结构于单机结构，但至今尚有许多问题没有解决，还处于实验室阶段。后者的缺点在于双机结构，但可由于采用转子绕组反相序联接，这使电机f以在现有机型的基础上对2台电机进行优化设转子绕组形成的磁场方向相反，由电机内部磁]计。相互作用关系及稳态运行条件可得：梅柏杉，等级联式无刷双馈电机的模型与仿真研究=i出+一一一n：=一fl1)JPpPp+m(10)dr=Lpip+，i——一一n：

7、=——(l2Z1JPP。=Lpi+Lpi，厶=(3)电磁转矩为：式中_2定子绕组供电频率；_2转子绕组内感应电势的频率；=，÷PLp(i由一女t‘p)(11)n——转子旋转速度。!■。l

8、■联立式(1)～式(3)，可求得电机转速：。

9、。ll≮Juu=rcsi一PcQ+d女／dt=一二f【4斗1Jn：Ucqs=rcs~‘+Pcqs+pcr出+d／d(12)／2,dr=ri。d，+d／dt可见，电机作电动机运行时，可通过控制绕组cr供电频率调节转速；作发电机运行时，在不同M=rcri+d，／dt机械转速n下，也可通过调节保证定子功率绕组输出恒定工频的交流电能，实现变