绕线式转子无刷双馈电机控制分析.doc

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1、..3绕线式转子无刷双馈电机控制系统分析无刷双馈电机在双馈方式下运行时具有普通同步电动机的特性，可能在恒压频比的开环控制下稳定运行，但是其转速和负载转矩的动态性能比较差，负载突变时转速容易振荡，存在失步的危险。为了改善BDFM的运行性能，需要对它进行闭环控制。由于BDFM又具有异步电动机的特点，因此适用于异步电动机的控制策略都可以用于对BDFM的控制，如标量控制、直接转矩控制、转子磁场定向控制、参数自适应控制等。目前，国内外学者对BDFM的控制进行了较为深入的研究。本课程主要对几种常用的控制策略进行分析。3.1无刷双馈电机的标量控制BDFM理想的运行方式是双馈运行。

2、在双馈方式下，按照式，通过闭环控制BDFM控制绕组的频率和电压大小，就可以实现对电机转速和功率因数等特性的动态控制。这就是标量控制的基本思想。图3-1为BDFM的标量控制框图，系统通过两个简单的PI调节器来实现对电机的动态控制。本系统有两个给定，即速度和功率因数。系统通过对电机转速和功率绕组电量的检测，利用CPU计算出实际的转速和功率因数，再将它们与给定值进行比较。当转速出现偏差（有可能失步）时，系统就自动调节控制绕组频率来减小和消除偏差。当功率因数出现偏差时，系统就自动调节控制绕组的励磁电流（或电压）来减小和消除偏差，保证系统稳定可靠运行。当负载一定和功率因数给定

3、时，对应的控制绕组的励磁电流可以通过稳态电路来计算。只考虑控制绕组系统的等效电路如图3-1所示。根据该图可以计算出控制电流与负载和功率因数的关系。..图3-2BDFM标量控制框图假设功率绕组系统的功率因数角为（带后），电磁功率为，则在忽略定子损耗时功率绕组电流为（3-1）假设功率绕组电流系数为，则转子电流，为（3-2）..由图3-2可得转子回路的电压方程为（3-3）式中——转子复阻抗；——定子与转子间互感。结合式（3-2），式（3-3）可以计算出控制绕组电流为(3-4)控制系统中要求功率因数维持常数，以提高电机的效率和减少无功功率。因此，当负载发生变化时，就可以按照

4、式（3-4）的规律来调节控制绕组电流（电压），以保证功率因数等于给定值不变。标量控制是利用稳态电路模型来建立控制算法，系统比较简单，硬件和软件都容易实现，可以在较低价格的微处理器上实现。采用标量闭环控制，BDFM的稳定性和动态性能得到了较大的改善和提高。该控制适用于对动态性能要求不高的场合，如煤态的通风机、水泵等。3.2无刷双馈电机的直接转矩控制直接转矩是直接在定子坐标上计算磁链和转矩的大小，并通过对磁链和转矩的直接跟踪实现功率变换器的PWM输出，来控制电机的动态行为，该方法不需要复杂的坐标变换，对参数变化也不敏感，可以很好地满足系统高动态性能的要求。异步电动机的矢

5、量图如图3-3所示。..利用异步电动机的稳态电路和转矩关系，可以推导出异步电动机的电磁矩表达式为（3-5）式中——转子漏电感；——定子磁链；——转子磁链；——定、转子磁链夹角。可见电磁转矩与磁链成正比。与角成正弦关系。在直接转矩控制中，需要控制定子电压来维持定子磁链幅值为额定值，以便充分利用电机铁心。转子磁链幅值由负载决定。由式（3-5）可知，要控制电磁转矩大小，可以通过直接改变角来实现。在直接转矩控制中，可通过控制定子绕组电压矢量在空间瞬时加速或减速来改变角的大小。异步电子机定子绕组电压矢量在空间的转速和方向是通过控制功率变换器的开关开断时间和顺序来实现的。图3-

6、4为功率变换器电路，主电路由三组开关（、、）组成。..当（、）=1时，表示桥臂上边开关闭合，下边开关断开；当（、、）=0时，表示桥臂上边开关断开，下边开关闭合，则这三组开关共有8种状态，见表3-1。它能输出8种电压状态，电压加在绕组上产生电流，形成的合成磁动势也有8种状态，相应的空间矢量如图3-5所示。由图3-4和图3-5可知，如果控制变换器的开关状态按照1、3、2、6、4、5、1顺序变化，则在电机中产生的合成磁动势及其磁链变化的轨迹为正六边形，旋转方向是顺时针方向；如果控制变换器的开关状态按照1、5、4、6、2、3、1顺离变化，则在电机中产生的合成磁动势及其磁链变

7、化的轨迹仍为正六边形，旋转方向是逆时针方向。可见，定子磁链变化规律由定子电压决定。表3-1变换器开关状态状态0000（000）（000）1001（001）（001）2010（010）（010）3011（011）（011）4100（100）（100）..5101（101）（101）6110（110）（110）7111（111）（111）在直接转矩控制中，就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度和方向，控制定子磁链走走停停或正走走反走走，以改变定子磁链的瞬间速度大小；而转子磁链速度由定子频率的平均速度决定，它不会突变。因此，瞬间改变定子磁链的速度，就改变了角的大