交流励磁发电机励磁控制系统的设计.pdf

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1、Z004年1月重庆大学学报Jan.Z004第Z7卷第1期JOurnalOfChOngCingUniversityVOl.Z7NO.1文章编号!1000-58ZX"Z004#01-0040-05交流励磁发电机励磁控制系统的设计%肖庆清9廖勇9姚骏9向大为(重庆大学电气工程学院9重庆400030)摘要!从交流励磁发电机的基本原理出发9分析了基于动态同步坐标轴系的双通道励磁控制方法O利用基于高速数字信号处理器的双中央计算单元(CPU)方案9设计实现了交流励磁发电机的励磁控制系统O针对该控制系统的特点9充分利用了数字信号处理器(DSP)的高速运算能力和方便的

2、外设9合理设计了控制系统硬件和励磁控制算法软件9双CPU工作共同实现了交流励磁发电机的双通道解耦励磁控制O通过实验分析9进一步验证了基于动态同步坐标轴系的双通道励磁控制策略O关键词!交流励磁发电机9动态同步坐标轴系9数字信号处理器9励磁控制器中图分类号!TM344.4文献标识码!A交流励磁发电机基本结构与绕线式异步电机相PWM的控制采用双端口随机存储器RAM实现两似通过调节转子三相交流励磁电压的幅值相位及频DSP间数据交换用高速数字信号处理器实现了交流率可以控制励磁磁场大小相对转子位置和电机转励磁发电机励磁控制器的设计通过试验进一步验证速由于增加了励

3、磁控制的自由度交流励磁发电机了笔者设计的励磁控制器满足交流励磁发电机运行控较传统同步发电机有更优越的运行性能表现在1制要求并具有控制精度高响应速度快的特点良好的稳定性及转速适应能力Z独立的有功无功调1节能力3较强的进相运行能力1动态同步轴系下的双通道解耦控制原理要使交流励磁发电机能够发挥其良好的调节性对于单机无穷大系统定子方按照发电机惯例转能运行的灵活性及可靠性关键在于应有一套能充分子方按照电动机惯例转差率S按照转速低于同步转Z发挥该电机运行特点的励磁控制系统交流励磁发速为正电磁转矩与转向相反为正可以得到交流励磁电机的励磁控制策略主要有基于异步电机矢

4、量控制的励磁控制和双通道励磁控制两种3基于动态同步轴发电机在同步坐标轴系下的稳态电压电流方程式系的双通道励磁控制系统由于具有控制模型准确无Usd-Rs-XE0XMIsd需励磁电流反馈动态跟踪能力强使其能在简化控制0XE-Rs-XM0IsC=14算法的基础上达到良好的控制效果交流励磁发电Urd0-SXMRrSXrIrd机励磁控制为一多输入多输出非线性控制系统具有UrCJSXM0-SXrRrJIrCJ大量的复杂的数字计算同时发电机转子励磁由脉宽式中XRR为定转子电阻X为E=Xs+XWsrM调制PWM逆变电源供电在发电机机端电压电流定转子互抗XX为定转子全

5、电抗S为转差率sr中含有较重的谐波为了准确测量机端电压电流必须XW是电网折算电抗采用运算量较大的数字滤波进一步加大了对CPU利用电压电流方程推导得到同步坐标轴系下的运算速度和能力要求为此笔者提出了采用基于有功无功计算方程DSP的双CPU控制系统利用一块具有强大定点数运算能力的芯片TMS3Z0VC540Z实现控制算法用P1=Y11UsdUsd+Y13UrdUsd+Y14UrCUsdZ一块电机控制专用DSP芯片TMS3Z0LFZ407实现1=YZ1UsdUsd+YZ3UrdUsd+YZ4UrCUsd3%收稿日期!Z003-09-15基金项目!国家Z11工

6、程资助项目作者简介!肖庆清1978-男福建三明人硕士从事新型电机及其控制研究第Z7卷第1期肖庆清等!交流励磁发电机励磁控制系统的设计41式中Y11Y13Y14YZ1YZ3YZ4是导纳矩阵中的对应KGKS分别为反馈系数依据反馈系数的选取原则可项只与电机参数和转差率有关计算式为5知反馈系数的取值必须满足条件KKP>0G>ZZZZIZIY11=-RsXrS-XMRrS-RsRr)0KS<0Y13=RsXMXrS+XEXMRrIZI由控制方程式9可知只要通过测量交流励磁ZS+XIZI发电机的机端电压电流计算出发电机的有功无功Y14=-XMXEXr+XMMRs

7、Rr4ZZSZZIZI>利用发电机参数就可计算出在动态同步轴系下的转子YZ1=XMXr-XEXT-XERr励磁电压U'U'再通过对转子位置的检测进行坐3rdrCYZ3=XMXEXr-XMS-XMRsRrIZI标变换从而给出转子励磁电压而不需要对转子电压YZ4=RsXMXrS+XEXMRrIZIJ电流的测量就可实现交流励磁发电机的励磁控制IZI为阻抗矩阵Z的行列式值可以看出在同步坐标轴系下有功无功调节都与UrdUrC有关无法实现Z励磁控制系统硬件设计有功无功的解耦控制由式4可知Y13=YZ4控制系统使用TI公司的两款DSP芯片采用双YZ3=-Y14CP

8、U实现方式TMS3Z0VC540Z作为主控CPU完成令YZZZ-YZ13+Y14=YZ4+Z3=Y信号采