演示文稿雙饋電機(jī)控制現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三（優(yōu)選）雙饋電機(jī)控制現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三一、雙饋電機(jī)及其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二、雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型三、雙饋電機(jī)控制方法主要內(nèi)容現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三（一）雙饋電機(jī)及其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1什么是雙饋電機(jī)雙饋電機(jī)是一個(gè)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)，它的定子繞組直接連接到三相電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)一個(gè)背靠背功率變換器與電網(wǎng)相連接，由于定、轉(zhuǎn)子均與電網(wǎng)相連，因此叫雙饋電機(jī)。雙饋電機(jī)既可以做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以做發(fā)電機(jī)運(yùn)行。做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，稱作雙饋調(diào)速系統(tǒng)；做發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，稱作雙饋發(fā)電系統(tǒng)?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三1.2雙饋電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)雙饋電機(jī)系統(tǒng)一般由雙饋電機(jī)、BacktoBack功率變換器、變壓器等構(gòu)成現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三1.3雙饋電機(jī)系統(tǒng)的功率平衡關(guān)系和運(yùn)行狀態(tài)忽略定子電路和轉(zhuǎn)子電路的損耗，只考慮定子回路功率（轉(zhuǎn)差功率）Ps、機(jī)械功率Pmec和轉(zhuǎn)子回路功率Pr，則有：功率的正方向規(guī)定：（1）定子回路向電網(wǎng)輸出電功率為正；（2）轉(zhuǎn)子回路從電網(wǎng)吸收電功率為正；（3）轉(zhuǎn)子從外部吸收機(jī)械功率機(jī)械功率為正；（4）反之皆為負(fù)現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三1.3.1雙饋電機(jī)亞同步運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)（即0<s<1），電機(jī)運(yùn)行于亞同步狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)既可以是發(fā)電狀態(tài)，也可以是電動(dòng)狀態(tài)現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三1.3.2雙饋電機(jī)超同步運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速時(shí)（s<0），電機(jī)運(yùn)行于超同步狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)既可以是發(fā)電狀態(tài)，也可以是電動(dòng)狀態(tài)現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三1.4雙饋電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)所需變流器容量較小，主要由電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍決定定子側(cè)功率因數(shù)可控作為電動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速作為發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三（二）雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型2.1雙饋電機(jī)三相靜止坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型雙饋電機(jī)（繞線感應(yīng)電機(jī)）的物理模型定子三相繞組軸線A、B、C在空間是固定的，以A軸為參考坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)子繞組軸線a、b、c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸間的電角度θ為空間角位移變量。定子繞組采用發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子繞組采用電動(dòng)機(jī)慣例?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三

2.1.1電壓方程

定子電壓方程轉(zhuǎn)子電壓方程現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三2.1.2磁鏈方程每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對(duì)它的互感磁鏈之和現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三自感

互感現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三2.1.3運(yùn)動(dòng)方程和轉(zhuǎn)矩方程Tl為原動(dòng)機(jī)提供的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；Jg為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Dg與轉(zhuǎn)速成正比的阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)；Kg為扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)；ω為電機(jī)轉(zhuǎn)子的電角速度；np為電機(jī)的極對(duì)數(shù)現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三2.2雙饋電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)（d、q坐標(biāo)系）下的數(shù)學(xué)模型三相坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型雖然能直觀的表示雙饋發(fā)電機(jī)的基本特性，卻不能反映控制參數(shù)與這些方程的直接關(guān)系，并且存在很強(qiáng)的耦合。采用坐標(biāo)變換，將三相坐標(biāo)方程轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)方程，是對(duì)電機(jī)進(jìn)行矢量控制的前提條件現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三2.2.1電壓方程2.2.2磁鏈方程現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三由定子磁鏈方程可得定、轉(zhuǎn)子電流之間的關(guān)系，具體表達(dá)式如下（1）將式上式代入的轉(zhuǎn)子磁鏈方程，可得轉(zhuǎn)子磁鏈表達(dá)式（2）現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三將式（1）代入定子電壓方程，可寫出定子磁鏈的狀態(tài)方程（3）現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三將式（2）和式（3）代入轉(zhuǎn)子電壓方程，可得（4）為電機(jī)的總漏磁系數(shù)現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三2.2.3運(yùn)動(dòng)方程和電磁轉(zhuǎn)矩方程現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三2.2.4功率方程現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三2.3雙饋電機(jī)定子磁場(chǎng)定向數(shù)學(xué)模型若讓d、q坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)速度ω等于定子磁鏈的同步角速度ω1，且規(guī)定d軸沿著定子總磁鏈?zhǔn)噶喀穝的方向，而q軸為逆時(shí)針垂直于矢量Ψs，這樣dq坐標(biāo)系即成為按定子磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三，

當(dāng)dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按定子磁鏈定向時(shí),則電磁轉(zhuǎn)矩可簡(jiǎn)化為：并可得：定子電磁時(shí)間常數(shù)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三在正常情況下，定子電壓的幅值、頻率和相位均可看作是不變的，定子磁鏈?zhǔn)噶恳部烧J(rèn)為是穩(wěn)定的，可忽略定子勵(lì)磁電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程，若再忽略定子電阻，可得到定子磁鏈定向的簡(jiǎn)化模型現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三定子磁場(chǎng)向的重要意義：通過(guò)上面的功率方程可以看出，經(jīng)過(guò)定子磁場(chǎng)定向，電機(jī)定子有功功率和無(wú)功功率分別與轉(zhuǎn)子q軸電流和轉(zhuǎn)子d軸電流有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這為有功、無(wú)功功率的解耦控制奠定了理論基礎(chǔ)現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三（三）雙饋電機(jī)系統(tǒng)的控制3.1總體控制思路雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)，無(wú)論是調(diào)速系統(tǒng)還是發(fā)電系統(tǒng)，其控制都是通過(guò)變流器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于采用了back-to-back拓?fù)湫问降淖兞髌?，因此，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器可以方便的采取各自的控制策略，而互不影響。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器主要用于控制電機(jī)的功率，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)而言，就是定子側(cè)的電功率；對(duì)電動(dòng)系統(tǒng)而言，則是電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。網(wǎng)側(cè)變流器的主要作用是維持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三控制有功功率（電磁轉(zhuǎn)矩）控制直流電壓和網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三3.2轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制策略3.2.1雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制策略雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的作用是控制定子側(cè)發(fā)出的有功和無(wú)功功率，根據(jù)第二部分推導(dǎo)的基于定子磁鏈定向的電機(jī)方程，可以看出：定子有功、無(wú)功功率與轉(zhuǎn)子q軸、d軸電流存在線性關(guān)系，因此轉(zhuǎn)子側(cè)變流器采用功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三+-PI+-PI功率外環(huán)的前向控制框圖如下圖所示現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三構(gòu)造變流器電流內(nèi)環(huán)時(shí)，需要將電流指令轉(zhuǎn)化為電壓指令，然后進(jìn)行SVPWM調(diào)制。在定子磁鏈定下下，雙饋電機(jī)電流與電壓的關(guān)系如下所示：上式表明，雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子d、q軸電流與電壓之間存在交叉耦合關(guān)系，因此需要進(jìn)行d、q軸之間的解耦補(bǔ)償控制。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三電流內(nèi)環(huán)解耦前向控制框圖如下圖所示+-PI-+-PI++現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制框圖如下圖所示現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三3.2.2雙饋電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制策略雙饋電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制目的在于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)定子側(cè)的功率因數(shù)（無(wú)功功率），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制歸根結(jié)底是對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制。雙饋電機(jī)在定子磁鏈定向下，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子q軸電流有著線性關(guān)系，而定子無(wú)功功率與轉(zhuǎn)子d軸電流有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三因此，可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)子q軸電流控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速；通過(guò)控制轉(zhuǎn)子d軸電流控制電機(jī)定子側(cè)的無(wú)功功率，從而實(shí)現(xiàn)雙饋電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和定子無(wú)功功率的獨(dú)立控制現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三3.2.3定子磁鏈觀測(cè)雙饋電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中需要對(duì)定子磁鏈?zhǔn)噶康姆岛拖嘟沁M(jìn)行直接或者間接觀測(cè)，磁鏈觀測(cè)的精確定位對(duì)矢量控制系統(tǒng)的性能有重要的影響。定子磁鏈觀測(cè)主要方法有：（1）磁敏式檢測(cè)法（2）探測(cè)線圈法（3）電流模型法（4）電壓模型法前兩種方法屬于直接檢測(cè)法，但需要在電機(jī)內(nèi)部安裝檢測(cè)元件，比較復(fù)雜，不利于廣泛應(yīng)用；后兩種方法屬于間接檢測(cè)法，是通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的電壓、電流量，來(lái)計(jì)算定子磁鏈的角度和幅值，這里介紹的是電壓模型法?，F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三電壓模型法是從電動(dòng)機(jī)的端電壓中減去繞組的阻抗壓降，而將電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行積分運(yùn)算，從而求得電機(jī)的磁通?，F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三該模型構(gòu)建的定子磁鏈觀測(cè)器具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：(1)由于雙饋電機(jī)定子側(cè)直接連在電網(wǎng)上，因而定子側(cè)電壓是穩(wěn)定的工頻電網(wǎng)電壓，電壓諧波小，因此電壓的檢測(cè)、積分都比較容易實(shí)現(xiàn)；(2)與普通感應(yīng)電機(jī)調(diào)速相比，由于雙饋電機(jī)通常在同步速附近工作，不存在由于轉(zhuǎn)速過(guò)低而使反電勢(shì)過(guò)低，從而導(dǎo)致檢測(cè)反電勢(shì)以及積分運(yùn)算困難的問(wèn)題；(3)該電壓模型構(gòu)建的定子磁鏈觀測(cè)器，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、準(zhǔn)確?，F(xiàn)在是38頁(yè)\一共有40頁(yè)\編輯于星期三3.3網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器的目的是控制直流電壓恒定和調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)，當(dāng)采用電網(wǎng)電壓矢量定向控制時(shí)，電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率與網(wǎng)側(cè)d、q軸電流有如下關(guān)系：由上式可知，有功功率和無(wú)功功率是自然解耦的。一般條