独立电源系统中的无刷双馈电机动态运行特性研究-论文.pdf

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1、第29卷第1期湖北工业大学学报2014年02月VoI．29NO．1JournalofHubeiUniversityofTechnologyFeb．2O14[文章编号]1003—4684(2014)01—0033—04独立电源系统中的无刷双馈电机动态运行特性研究杨爽，韦忠朝，高信迈，陈前臣(1华中科技大学电气与电子工程学院，湖北武汉430074；2武汉豪迈电器设备有限公司，湖北武汉430074)[摘要]针对独立电源系统中的无刷双馈发电机的特点，考虑到功率绕组和控制绕组的端电压随转速和负载的变化而变化，在无刷双馈电机d—q轴数学模型的基础上，建立了无

2、刷双馈发电机在带载情况下的数学模型。并基于该数学模型，在matlab／simulink下建立了转速变化和负载变化的仿真模型，完成了其动态响应特性的研究。[关键词]无刷双馈电机；仿真模型；动态响应[中图分类号]TM301[文献标识码]：A无刷双馈电机在变速恒频发电领域有广泛的应磁场，该旋转磁场在功率绕组中感应出交流电势，如用前景．它不仅取消了滑环大大增加了系统的可靠果功率绕组接上负载，就可以对外发电口]。图1是性和维护性能；而且不需要变频器提供全功率变无刷双馈发电机应用于独立电源系统时的结构示意换，只需要提供“转差功率”，大大降低了变频器的容图，其

3、中控制模块采用的控制方法是电压和频率的量。在发展可再生能源的大趋势下，无刷双馈发电闭环控制，．厂是功率绕组输出频率的指令值，U机在风力发电、船用轴带发电系统中必将大有可为。是功率绕组输出端电压的指令值，_厂是变频器输无刷双馈电机d—q轴数学模型适用于定子功出频率的指令值，U是变频器输出电压的指令值。率绕组和控制绕组电压恒定的情况下，但是当无刷输功出盎双馈发电机应用于独立电源系统时，其功率绕组端U端绕电压往往随转速和负载的变化而变化，为维持恒频组控制绕组恒压发电运行，控制绕组的电压也随之发生改变，不能提前给定。因此不得不对该d—q轴数学模型进行改进

4、，使之适用于无刷双馈发电机作为独立电源运行的情况。通过选择负载的中性点电压作为功率IU绕组端电压，并将等效的负载阻抗作为电机参数的图1无刷双馈电机用于独立电源系统的示意图一部分，推导出了无刷双馈发电机带载情况下的数学模型。在此基础上仿真分析了无刷双馈发电机采无刷双馈发电机在运行时，通过调节变频器输用频率和电压闭环控制时改变转速和负载的动态响出的频率和电压可以实现功率绕组侧的恒频恒压输应特性。出。对于所测定的转速，由给定的电机转速nr和频ff率换算关系式f一就可以得到控制绕组ppPc1无刷双馈发电机运行的原理的电压频率和功率绕组电压频率的关系式为：

5、无刷双馈电机发电运行时，控制绕组接变频器，r一一60"“一f(t⋯1I)，提供交流励磁，转子由原动机(风机、水轮机、柴油机功率绕组电压调节规律可以从无刷双馈电机折算后等)拖动运行，此时转子中将感应出对称的交流电势等效电路图分析得出。图2为频率折算后无刷双馈和电流。转子中除产生与控制绕组极对数相同的磁电机等效电路图。当闭环控制系统检测到功率绕组场外，还将产生与功率绕组极对数相同的反向旋转[收稿日期]2013—11—28[作者简介]杨爽(1987一)，女，河南商丘人，华中科技大学硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动，新型特种电机及其驱动控制34湖

6、北工业大学学报2014年第1期发电电压低于设定值时，可以提高控制绕组给定电3)R和L分别表示负载的等效电阻和电感。以A流，反之亦然。从图2中可以看出，当控制绕组电流相为例，功率绕组的输出端电压随转速和负载J变大时，控制绕组与转子磁链产生感应电势增的变化而变化，因此在动态分析中“并不能作为大，在其他情况不变时转子回路电流I增大，由于已知量提前给定，但是如果取负载的中性点为，激磁电流一般不超过主电流1O，可以认为J、因为只要三相是对称的，就有一0。如果取J不变，这样功率绕组侧电流会跟着增大，提高五引、捌、作为功率绕组的输入端电压，就有功率绕组侧输出电

7、压。另外从上面等效电路图可以一五一五一0，相应一一O，使得状态方看出，当负载波动时，功率绕组端电压调节主要通程中的功率绕组的输人量为已知常数。过转子感应电流I调节。转子感应电流I—Jz—，，上面等效电路采用电压源控制模型，通过改变控‘c制绕组电压来改变控制绕组电流。如果采用电S】源电流源控制模型，直接控制功率绕组侧电流j，由于不存在功率绕组与转子绕组互感和控制绕组自感图3无刷双馈发电机功率绕组带载运行时的示意图影响，其电流控制时间反应更快。图2无刷双馈电机的简化等效电路；兰]一[一{曲ⅡRR曼]·兰}]+p2无刷双馈发电机功率绕组带载时的IM，M

8、LIli，l数学模型一般给出的无刷双馈电机的d—q轴数学模型中的功率绕组和控制绕组的端电压是作为输入量给定的，适合无刷双馈电机电动运行时