双馈电动机的控制系统研究

【摘要】：本文以绕线型感应电机的双馈控制技术(或称双馈电机的控制技术)为研究对象,对双馈电机的数学模型、控制策略、三相高频PWM 整流控制器和矩阵变换器等进行了深入研究。 首先利用电机学基本原理,建立M -T坐标系下电机的数学模型,以及在定子磁链定向的矢量控制策略下,电机定、转子电流的关系表达式。通过绕组折算和频率折算,导出双馈电机的等效电路。根据等效电路,导出双馈电机稳态下定、转子侧的功率关系表达式,并分析了双馈电机在各种不同运行状态下的功率流程。为双馈电机的磁场定向矢量控制提供理论基础。明确指出,正是由于频率折算的等效“放大”作用,使得双馈电机能够通过控制转子侧较小的无功功率,达到控制定子侧较大的无功功率,从而实现经济地调节电机功率因数的目的。 采用AC/DC/AC 的拓扑结构,构建了双馈电机控制用变换器,变换器整体结构可分为两大模块:AC/DC 整流模块和DC/AC 逆变模块,两部分通过具有直流储能环节的直流母线相联接,使得对两个模块可分别采取不同的控制策略实施控制,且互不干扰,具有整体硬件结构简单,改变DSP 软件编程即可方便的改换成不同的控制策略的优点。其中,整流模块采用三相高频PWM 整流矢量控制技术进行控制,提出了开关频率固定的直接电流滞环控制法,在实现能量双向流动的同时始终保持在接近于1 的高功率因数下工作,充分利用双馈电机能量双向流动的特性,使得能量可回馈利用,提高效率的同时,又由于有效的改善了AC/DC 变换器的电流波形而减少对系统的谐波污染。实验研究证明了该控制策略的可行性,并为实施双馈控制控制提供基础。对DC/AC 模块,采取以定子磁链定向的矢量控制策略,将M -T坐标系的M 轴与定子磁链ψ1重合,使得电机的有功分量与无功分量可分别得以控制。按照定子磁链定向矢量控制策略,采取双闭环控制的结构,以双馈电机的转速以及定子侧的无功功率为控制目标构成控制外环,以双馈电机转子三相电流的滞环跟踪控制为电流控制内环,通过控制转子侧电流达到控制电机定子侧的无功功率和转速的目的。双闭环控制保证了双馈电机的快速响应,实验验证了双馈控制策略的正确性。 AC/DC/AC 双馈控制器的硬件结构采取以DSP 为核心的全数字控制系统,简要介绍