【正文】 系相對于轉(zhuǎn)子的角速度， r? 是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度。 坐標(biāo)變換 三 相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換（ 3s/2s） 下圖 A、 B、 C各相磁勢矢量的空間位置以及可以將其等效為兩相定子繞組α、β中各相磁勢矢量，為了便于分析，令三相繞組的 A軸與兩相繞組的α軸重合。 對于恒 轉(zhuǎn)矩負(fù)載， D=0， K=0，則上式可變?yōu)? dtdPJTT lem ??? (26) 由此可見，在三相靜止坐標(biāo)系上，雙饋電機的數(shù)學(xué)模型是一個具有多個變量、強耦合的、非線性的高階復(fù)雜系統(tǒng)。這 時，異 步電動機的數(shù)學(xué)模型由下述電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程組 成。 無論電動機的轉(zhuǎn)子是繞線型的還是籠型的，都將它等效成三相繞線轉(zhuǎn)子，并折算到 定子側(cè)，折算后的定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)都相等。 圖 功率流程圖 三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 雙饋電機的電機本體是三相異步電動機，在研究異步電動機的多變量非線性 CU mP msP mPs)1( ? CU mP msP mPs)1( ? 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 8 數(shù)學(xué)模型時，為了研究的方便，常作以下的假設(shè)： （ 1)忽略空間諧波和齒槽效應(yīng)，三相繞組對稱 (在空間上互差 120 度的電角度 )，所產(chǎn)生的磁勢沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布。當(dāng)電機運行在接近額定轉(zhuǎn)速時，如果繼續(xù)增大 +Eadd，電機將加速到 s0 的新的平衡狀態(tài)下運行，即電機在超過其同步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。隨著轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)差率 s減小，轉(zhuǎn)子電流也減小，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流所對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡時，且滿足式20202 rraddrr xsR EsEI ??? 時，電動機就在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。 雙饋電機調(diào)速 的運行工況分析 在繞線轉(zhuǎn)子異步電機轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的附加電動勢并改變其大小，就能夠?qū)崿F(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。根據(jù)中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，交直交變頻器主要有電壓型與電流型兩種類型。 交 直 交變換器就是把工頻交流電先通過整流器把交流電整流成直流電，接 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 6 著再通過變換器，將直流電逆變成可以調(diào)節(jié)頻率的交流電。交交變頻器適合在大功率低頻范圍內(nèi)應(yīng)用，輸出的最大頻率是電網(wǎng)頻率的 1/31/2。 變頻器 在雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)中 ,雙饋電機最大的優(yōu)點在于可以將轉(zhuǎn)差功率饋送至電網(wǎng)中，或者是由電網(wǎng)饋入 ,因此變頻器的選型與控制方式十分重要，是雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)的核心部分， 由于雙饋電機運行在不同的工況下，能量需要雙向流動，這樣對變頻器的要求就較高。根據(jù)電機基本原理，對雙饋電機有： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 5 1222116060sfsnfnnfnpp??? (21) 其中， 1f 為工頻電網(wǎng)的頻率， 2f 為轉(zhuǎn)子勵磁電流產(chǎn)生的頻率， s 為轉(zhuǎn)差率， 1n 為同步轉(zhuǎn)速， 2n 為轉(zhuǎn)子勵磁電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速， pn 為雙饋電機極對數(shù)。 雙饋電機的結(jié)構(gòu)類似于繞線式異步電 機，由定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組組成。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 4 2 雙饋電機的數(shù)學(xué)模型及其功率流程分析 雙饋電機調(diào)速的工作原理 顧名思義，“雙饋”就是指把繞線式轉(zhuǎn)子異步電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組分別接在交流電網(wǎng)或其他含電動勢的電路上，使它們的能量可以進(jìn)行雙向流動。 第二章首先介紹了雙饋電機的工作原理，分析了雙饋電機在不同工況下的的功率分布情況。 但也存在著一些不足之處，電網(wǎng)電壓的波動會影響其控制的動態(tài)性能；在輕載時容易產(chǎn)生振蕩，并且擾動觀測法，即便在穩(wěn)態(tài)時其功率的平滑度也會受到影響；有功功率判斷的 準(zhǔn)確性會影響到對雙饋發(fā)電機運行狀態(tài)的判斷。此策略不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而是在定子 坐標(biāo)軸上直接計算磁鏈的大小和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤來實 現(xiàn) PWM 脈寬調(diào)制、提高系統(tǒng)的高動態(tài)性 能。目前，交流電動機矢量控制系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以與直流調(diào)速系統(tǒng)的性能相媲美，甚至超過了直流調(diào)速的性能。因此，很多學(xué)者開始對矢量控制進(jìn)行研究。 雙饋電機控制策略 雙饋電機控制策略是雙饋電機調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 雙饋電機既可以實現(xiàn)變速恒頻恒壓發(fā)電，又能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)功率因數(shù)，因此被廣泛地應(yīng)用于電力工業(yè)中。雙饋電機的調(diào)速范圍可以達(dá)到 10%至 60%，因此具備提高系統(tǒng)的工作效率、節(jié)約電能等優(yōu)點。雙饋電機的定子端與 50Hz 的大電網(wǎng)直接相連接，而轉(zhuǎn)子端與幅值、相位以及頻率均可調(diào)節(jié)的交流電源相連接。 關(guān)鍵詞 ： 雙饋電動機，矢量控制，仿 真 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 II Abstract At present, the biggest advantage of doublyfed electric machine is that it can make the slip power feed to the grid, or eed it from grid. The doublefed electric machine speed control system has high reliability and low cost advantages, and it can change the doublefed electric machine stator side reactive power by adjusting the amplitude, phase and frequency of the rotor side converter, so it is widely used in the field of motor control. This paper mainly studies the control strategy of doublefed electric machine speed control system and its paper first briefly describes the basic working principle of the doublefed electric machine speed control system, analyzes and discusses the power flow of the doublyfed electric machine in the runtime under different conditions ,then deduces the mathematical model of the doublyfed electric machine in threephase stationary coordinate system in uses the doubleloop control system of using the speed of the doublefed electric machine and reactive power of the statorside s control targets in the outer ring and the ponent of rotor current in the M, Taxis as inner control objectives. And this control method can independently adjust the motor speed and the reactive power of the stator side of doublefed electric machine ,and doublefed electric machine can achieve running in the subsynchronous and supersynchronous state. Then it builds a doublefed electric machine speed control system simulation model in MATLAB simulink environment, simulation results are analyzed to verify the feasibility of the control strategy used. Key Words: doublyfedelectric machine, field oriented control, simulation 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 III 目 錄 1 緒論 .............................................................. 1 .......................................... 1 ............................................ 2 .............................................. 3 2 雙饋電機的數(shù)學(xué)模型及其功率流程分析 ................................ 4 ...................................... 4 變頻器 ...................................................... 5 .................................. 6 三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 ........................ 7 ................................................... 11 3 雙饋電機的矢量控制技術(shù) ........................................... 15 ............................................... 15 ........................... 16 基于定子磁鏈定向的雙饋電機的控制策略 ....................... 20 雙饋電機整個系統(tǒng)的控制策略 ................................. 22 4 雙饋電機 調(diào)速系統(tǒng)的仿真 ........................................... 24 Simulink下仿真模型的搭建 .................................. 24 ............................................. 26 5 總結(jié) ............................................................. 30 致謝 .............................................................. 31 參考文獻(xiàn) .......................................................... 32 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 1 1 緒論 雙饋電機的發(fā)展?fàn)顩r 目前，隨著電力電子技術(shù)、控制理論的發(fā)展，交流電機調(diào)速在電力電子與 電氣傳動領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從而逐步取代了直流電機調(diào)速的地位。然后采用定子磁鏈定向，推導(dǎo)出雙饋電動機在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 MT 上的數(shù)學(xué)模型。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 I 摘 要 目前，雙饋電機最大的優(yōu)點在于可以將轉(zhuǎn)差功率饋送至電網(wǎng)中，或者是由電 網(wǎng)饋入。本文首先簡單地介紹 了雙饋電動機調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理，分析、討論了雙饋電動機在不同工況下 運行時的功率流動關(guān)系，接著詳細(xì) 地推導(dǎo)出雙饋電動機在三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù) 學(xué)模型。 然后在 MATLAB 中的 simulink 環(huán)境下搭建了雙饋電動機調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)行仿真分析，驗證了所用控制策略的可行性。雙饋電機是電機技術(shù)、電力電子與電力 傳動技術(shù)、以及現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展而來的產(chǎn)物。在雙饋調(diào)速系統(tǒng)中，由于通過變頻器的轉(zhuǎn)差能量只是被控能量的一部分 ,所以所需變頻器的容量可以小于電機的容量 ,這樣可以大大地提高雙饋調(diào)速系統(tǒng)的效率、節(jié)約成本。目前，美國、俄羅斯、澳大利亞等國家在創(chuàng)造無刷雙饋電機，并能應(yīng)用于交流調(diào)速或其他電力電子與電力傳動領(lǐng)域