【正文】 在本文的選題、研究以及撰寫(xiě)工作中 劉 老師耐心地指導(dǎo)我如何解決技術(shù)難題，如何找問(wèn)題突破口，從而才使得我的課題在研究中進(jìn)展很順利。 雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、藕合、非線(xiàn)性系統(tǒng)，采用坐標(biāo)變換的方法解決這個(gè)問(wèn)題，并采用定子磁鏈進(jìn)行定向，這樣就大大簡(jiǎn)化了雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，使得勵(lì)磁電流分量與轉(zhuǎn)距電流分量的完全解藕，從而可以實(shí)現(xiàn)雙饋電機(jī)定子側(cè)有功功率、無(wú)功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。在次同步狀態(tài)工作時(shí)，從雙饋電機(jī)定子端輸入功率，轉(zhuǎn)差功率由轉(zhuǎn)子側(cè)饋送到電網(wǎng)。則有： ????????????????????????????????????????????2220122212121)32s i n ()32s i n ()s i n ()32c o s ()32c o s (c o s32cbaMaMaMaMaMaMaTMiiiiii?????????? （ 320） 其中， Ma? 為 M 軸與轉(zhuǎn)子 a 軸之間的夾角， AaMaMa ??? ?? ，通過(guò)極坐PI sLLLR m)(11221 ??? *r? ]2122112 )([ Mmm iLLLLL ???? PII 11LLUm? _ _ 2Tu 2Ti 2*Ti JsDnp? PII emT LT _ ]2122112 )([ Mmm iLLLLL ??? ?? ? 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 23 標(biāo)變換可以得到夾角 2??? ?? sMa ( s? 是定子電壓與定子 A軸之間的夾角，本文中由定子電壓模型的定子磁鏈觀測(cè)器得到 )， Aa? 為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度，很容易測(cè)量計(jì)算。 在得到 2Mi 、 2Ti 后，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到 2Mi ， 2Ti 與 ai2 ， bi2 ， ci2 之間的關(guān)系表達(dá)式，列寫(xiě)其變換矩陣如下： A a M T ? 1u 1i 1? Ma? MA? ? 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 20 ????????????????????2132322132322132)s i n()c o s ()s i n()c o s (s i nc o s??????????MaMaMaMaMaMaC (313) ?????????????????????02232222TMcbaiiCiii (314) 其中， Ma? 為 M軸與轉(zhuǎn)子 a相軸線(xiàn)之間的夾角。一般多采用間接觀測(cè)的方法，即檢測(cè)出電壓、電流或轉(zhuǎn)速等容易測(cè)得的物理 量，利用定子磁鏈觀測(cè)器實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈的 相位。根據(jù)上一章異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型，把 M 軸與 d軸重合， M軸為定子磁鏈的方向，則可以得到雙饋電機(jī)在 MT 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。其缺點(diǎn)與采用 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 16 定子電壓 su 作為定向矢量一樣。如果觀察者站到鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的便是一臺(tái)直流電機(jī)，原交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通織就是等效直流電機(jī)的磁通， M繞組相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組， Mi 相當(dāng)于勵(lì)磁電流， T 繞組相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組， Ti 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。 （ 1）磁鏈方程 雙饋電機(jī)在 d、 q 坐標(biāo)系下的磁鏈方程為： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 13 1222122221112111qmqqdmddqmqqdmddiLiLiLiLiLiLiLiL???????????? （ 216） 其中 1di 、 1qi 、 1d? 、 1q? 分別為 dq 坐標(biāo)系下定子電流和 磁鏈的分量； 2di 、2qi 、 2d? 、 2q? 分別為 dq 坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子電流和磁鏈的分量； L L2 分別是定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組在 dq 坐標(biāo)系中的自感； Lm 是定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組之間在 dq 坐標(biāo)系中的互感系數(shù)。 (3)轉(zhuǎn)矩方程 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為 : )(21 ssrrrsrsem iLiiLiT TT ?? ?????? (24) (4)運(yùn)動(dòng)方程 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為 : ??? PKPDdtdPJTT lem ???? (25) 式中： lT —— 負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩； J—— 機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； D—— 與轉(zhuǎn)速成正比的轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)； K—— 扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)； P—— 極對(duì)數(shù)。 (4)不考慮頻率變化和溫度變化對(duì)繞組電阻的影響。我們知道，只要不斷增加 +Eadd，就能夠增大電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此本文采用的是交直交的變頻器。它比較 適合應(yīng)用在傳統(tǒng)的大功率電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中。如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的幅值、相位，可以使雙饋電機(jī)運(yùn)行在過(guò)勵(lì)、欠勵(lì)狀態(tài)，并向電網(wǎng)發(fā)出或吸收無(wú)功功率，進(jìn)一步改善功率因數(shù)。在雙饋調(diào)速時(shí)，雙饋電 機(jī)的定子端直接接在 50Hz 的工頻電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)子端直接接在幅值大小、相位以及頻率可調(diào)節(jié)的變頻器上。雙饋電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)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。 （ 2）采用直接轉(zhuǎn)矩控制 與矢量控制不一樣的在于直接轉(zhuǎn)矩控制不是通過(guò)控制磁鏈、電流等量來(lái)間接 控制轉(zhuǎn)矩的，它是把轉(zhuǎn)矩直接作為需要控制的量，并結(jié)合定子磁鏈定向控制，實(shí) 現(xiàn)直接控制定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的。如果不對(duì)其進(jìn)行解耦控制，而在三相靜止坐標(biāo)系下直接對(duì)交流電流進(jìn)行閉環(huán)控制，效果很不理想。目前，美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞等國(guó)家在創(chuàng)造無(wú)刷雙饋電機(jī)，并能應(yīng)用于交流調(diào)速或其他電力電子與電力傳動(dòng)領(lǐng)域。雙饋電機(jī)是電機(jī)技術(shù)、電力電子與電力 傳動(dòng)技術(shù)、以及現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的產(chǎn)物。本文首先簡(jiǎn)單地介紹 了雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理，分析、討論了雙饋電動(dòng)機(jī)在不同工況下 運(yùn)行時(shí)的功率流動(dòng)關(guān)系，接著詳細(xì)地推 導(dǎo)出雙饋電動(dòng)機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù) 學(xué)模型。然后采用定子磁鏈定向，推導(dǎo)出雙饋電動(dòng)機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 MT 上的數(shù)學(xué)模型。雙饋電機(jī)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。 雙饋電機(jī)既可以實(shí)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。因此，很多學(xué)者開(kāi)始對(duì)矢量控制進(jìn)行研究。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(jì)算磁鏈的大小和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過(guò)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤來(lái)實(shí) 現(xiàn) PWM 脈寬調(diào)制、提高系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能。 第二章首先介紹了雙饋電機(jī)的工作原理，分析了雙饋電機(jī)在不同工況下的的功率分布情況。 雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于繞線(xiàn)式異步電機(jī)， 由定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組組成。 變頻器 在雙饋電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中 ,雙饋電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)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(jī)調(diào)速系統(tǒng)的核心部分，由于雙饋電機(jī)運(yùn)行在不同的工況下，能量需要雙向流動(dòng)，這樣對(duì)變頻器的要求就較高。 交 直 交變換器就是把工頻交流電先通過(guò)整流器把交流電整流成直流電，接 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 6 著再通過(guò)變換器，將直流電逆變成可以調(diào)節(jié)頻率的交流電。 雙饋電機(jī)調(diào)速的運(yùn)行工況分析 在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可控的附加電動(dòng)勢(shì)并改變其大小，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，如果繼續(xù)增大 +Eadd，電機(jī)將加速到 s0 的新的平衡狀態(tài)下運(yùn)行，即電機(jī)在超過(guò)其同步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。 無(wú)論電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是繞線(xiàn)型的還是籠型的，都將它等效成三相繞線(xiàn)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。 對(duì)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(jiàn)，在三相靜止坐標(biāo)系上，雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)具有多個(gè)變量、強(qiáng)耦合的、非線(xiàn)性的高階復(fù)雜系統(tǒng)。 （ 2）電壓方程 雙饋電機(jī)在 d、 q 坐標(biāo)系下的電壓方程為： 222222222222111111111111dqqqqddddqqqqdddpiRupiRupiRupiRu???????????????????????? （ 217） 其中， Ud Uq1 為別為 dq 坐標(biāo)系下的定子電壓的分量； ω 1 等于定子電壓頻率的同步角速度，是 dq 坐標(biāo)系相對(duì)于定子 A 相軸線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)角速度； Ud Uq2分別為 dq 坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子電壓的分量； r??? ?? 12 為轉(zhuǎn)差角速度，是 dq 坐標(biāo)系相對(duì)于轉(zhuǎn)子的角速度， r? 是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度。異步電機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換可以等效成直流電機(jī)，那么，模仿 直流電機(jī)的控制方法，求得直流電機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電機(jī)了。 （ 3）采用定子電流 si 作為定向矢量 采用定子電流 si 作為定向矢量，其優(yōu)點(diǎn)是交叉耦合量比采用定子電壓、轉(zhuǎn)子電壓作為定向矢量時(shí)的很少，并且電流交叉耦合量不存在，轉(zhuǎn)矩公式很簡(jiǎn)潔，是 2個(gè)標(biāo)量相乘，不過(guò)轉(zhuǎn)子磁鏈表達(dá)式非常繁瑣。 (1)電壓方程： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 17 111111111111MTTTMMTMdtdiRudtdiRu???????????? （ 31） 222222222222MTTTMMTMdtdiRudtdiRu???????????? （ 32） (2)磁鏈方程： 211211TmTsTMmMsMiLiLiLiL?????? （ 33） 112122TmTrTMmMrMiLiLiLiL?????? （ 34） (3)電磁轉(zhuǎn)矩方程： )( 1111 MTTMem iiPT ?? ?? （ 35） 其中：下標(biāo) M 和 T 表示各量在 M 軸和 T軸上的分量，其它各標(biāo)示與 dq坐標(biāo)系 下數(shù)學(xué)模型相同。本文采用的是定子電壓模型的定 子磁鏈觀測(cè)器。由此求得相應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流，由控制電路計(jì)算出相應(yīng)的觸發(fā)角 ? ，進(jìn)而得到晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。由此，可以得到雙饋電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的控制框圖如下圖所示： 圖 雙饋電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的控制框圖 在圖 中，給出了速度模式控制和電流模式 控制的基于定子磁鏈定向的雙