雙饋電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制策略的研究及其仿真畢業(yè)設(shè)計論文-文庫吧資料
2025-07-01 16:41本頁面
【正文】 定子電壓作為定向矢量 采用定子電壓作為定向矢量，其缺點(diǎn)是在主通道中，存在著負(fù)的或正的交叉耦合量，轉(zhuǎn)矩表達(dá)式復(fù)雜，為 2 個矢量的叉乘，且定子磁鏈的表達(dá)式非常繁瑣，在電網(wǎng)電壓的波動比較大的情況下，控制效果會很不理想。定向矢量在所選的空間坐標(biāo)系下是相對靜止的，而且它在虛軸上的投影等于 0，因此所選定向矢量的不同決定著控制結(jié)構(gòu)與控制性能的不同。 定向矢量是指將坐標(biāo)系的實(shí)軸與某一電磁量的合成矢量相重合后所對應(yīng)的合成矢量。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)的勵磁繞組，相當(dāng)于勵磁電流，T繞組相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組，相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。3雙饋電機(jī)的矢量控制技術(shù) ，矢量控制技術(shù)的目的是為了使得交流調(diào)速獲得如同直流調(diào)速同樣優(yōu)良的理想性能。J 為電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量；D 為運(yùn)動阻尼系數(shù)。 （3）轉(zhuǎn)矩方程雙饋電機(jī)在d、q坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩方程為： （218）其中，Tem為電磁轉(zhuǎn)矩；np為電機(jī)的極對數(shù)。 （1）磁鏈方程 雙饋電機(jī)在 d、q 坐標(biāo)系下的磁鏈方程為： （216）其中、分別為dq坐標(biāo)系下定子電流和磁鏈的分量；、 分別為dq坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子電流和磁鏈的分量；LL2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)。 定子繞組在不同坐標(biāo)系下磁勢的空間矢量位置 如果假定磁勢波形只計基波分量或按正弦分布，在這兩者的旋轉(zhuǎn)磁場完全等效時，合成磁勢在相同軸向的分量一定相等，也就是說沿α 軸以及β 軸上三相繞組和兩相繞組的瞬時磁勢的投影值應(yīng)該是相等的，則有下列式子成立： (27) (28) 其中，N2為兩相電動機(jī)的每相定子繞組的實(shí)際匝數(shù)，N3為三相電動機(jī)的每相定子繞組的實(shí)際匝數(shù)。因此，可以采用坐標(biāo)變換方法將其簡化、解耦。對這個非線性的復(fù)雜高階系統(tǒng)，直接求解是很麻煩的。(3)轉(zhuǎn)矩方程傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程為: (24) (4)運(yùn)動方程 傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程為: (25) 式中： ——負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩； J——機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量； 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——極對數(shù)。 (1)電壓方程三相定子繞組的電壓平衡方程和三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)后的電壓方程寫為矩陣形式為： (22)其中： 定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時值； 定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時值； 定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻； 各相繞組的全磁鏈； (2)磁鏈方程 （23）其中： 由于折算后定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等，且各繞組間互感磁通都通過氣隙，磁阻相同，故認(rèn)為定子繞組最大互感與轉(zhuǎn)子繞組最大互感相同。ACbaBc 規(guī)定定子、轉(zhuǎn)子繞組的電壓、電流、磁鏈的正方向按照右手螺旋定則規(guī)定，并采用電動機(jī)慣例，認(rèn)為正向電壓產(chǎn)生正向電流，而正向電流產(chǎn)生正向磁鏈。 無論電動機(jī)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。 (3)忽略鐵心損耗。 CU圖 功率流程圖 三相異步電動機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 雙饋電機(jī)的電機(jī)本體是三相異步電動機(jī)，在研究異步電動機(jī)的多變量非線性數(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。由于 PmsPm=(1s)Pm，由此可知，電機(jī)軸上的輸出功率是由定子側(cè)輸入功率、轉(zhuǎn)子側(cè)輸入功率兩部分合成的，此時電機(jī)工作在定子、轉(zhuǎn)子同時輸入的狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在接近額定轉(zhuǎn)速時，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)在超過其同步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。 CU 圖 功率流程圖 （2）電機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運(yùn)行 假設(shè)電機(jī)作電動運(yùn)行，轉(zhuǎn)子側(cè)串入了同相的附加電動勢+Eadd，軸上拖動恒轉(zhuǎn)矩的反抗性負(fù)載。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，且滿足式時，電動機(jī)就在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。下面主要介紹了前兩種運(yùn)行工況下的功率流程關(guān)系。 在繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 電網(wǎng)側(cè)變換器主要有以下兩個任務(wù)：第一，使輸入電流的波形接近于正弦波，諧波含量少，功率因數(shù)滿足要求；第二，使直流母線電壓穩(wěn)定，兩個PWM變換器正常工作首先需要保證直流母線電壓穩(wěn)定。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。整流器有由晶閘管組成的全控整流器或由二極管組成的不控整流器，逆變器與整流器相反，它是將恒定的直流電變換為電壓、頻率均可調(diào)節(jié)的交流電，它可以是晶體管組成的三相橋式電路。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。雖然大功率交交變頻器應(yīng)用非常廣泛，由于它具有輸出功率因數(shù)不高、諧波含量多、輸出頻率不高、較窄的變化范圍、以及需要使用的元器件數(shù)量較多等不足使它的應(yīng)用受到了一定范圍內(nèi)的限制。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。交交變頻器不經(jīng)過直流環(huán)節(jié)，將一種頻率和電壓的交流電變換成另一種頻率和電壓的交流電。 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，這樣對變頻器的要求就較高。由此可見，雙饋調(diào)速是通過改變轉(zhuǎn)子側(cè)的變頻器的頻率來改變轉(zhuǎn)速。根據(jù)電機(jī)基本原理，對雙饋電機(jī)有： (21)其中， 為工頻電網(wǎng)的頻率，為轉(zhuǎn)子勵磁電流產(chǎn)生的頻率，為轉(zhuǎn)差率， 為同步轉(zhuǎn)速，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，為雙饋電機(jī)極對數(shù)。雙饋電機(jī)的主電路如下圖 所示。雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)類似于繞線式異步電機(jī)，由定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組組成。當(dāng)雙饋電機(jī)以電動狀態(tài)運(yùn)行時，它從電網(wǎng)吸收電功率，負(fù)載的運(yùn)行主要依靠在軸上輸出的機(jī)械功率來承擔(dān)。2雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其功率流程分析 顧名思義，“雙饋”就是指把繞線式轉(zhuǎn)子異步電機(jī)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。第三章首先通過分析對比采用不同的量作為定向矢量時對雙饋電機(jī)控制策略的影響，為了選擇簡單的、最佳的控制策略，于是采用定子磁鏈定向矢量控制策略對雙饋電
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