无刷双馈电机数学模型的应用.doc

无刷双馈电机数学模型摘要：从无刷双馈电机的原理出发，建立数学模型，并且对无刷双馈电机空载和带载运行时对结果的不同影响进行比较，阐述该数学模型对无刷双馈电机研究的意义。关键词：无刷；级联；双馈1 模型概述无刷双馈电机由于其定子有两套绕组，通过转子磁场调制进行耦合，其结构相比普通异步电机而言复杂很多。其数学模型也相对复杂很多，下面就绕线式转子结构无刷双馈电机数学模型进行详细分析和推导。将以一台8/4级绕线式转子无刷双馈电机为例，详细推导绕线式转子无刷双馈电机数学模型。下面先引入级联式无刷双馈电机模型，证明三相绕线式转子结构无刷双馈电机就是级联模型的演变，其结构非常相似，只是前者采用绕组理论将两台电机结构变为一台电机结构。等效为两套绕组后绕线式转子无刷双馈电机结构如下图所示：2 模型选用对研究结果影响以上数学模型都是依照电动机惯例推导出无刷双馈电机数学模型，当其用于单机发电（不并网）时，系统给定量是原动机转速、转矩，要求控制量是功率绕组端输出电压（电流）幅值和频率。为了更好得到带载仿真模型，需要按照发电机惯例重新改写方程式。 无刷双馈发电机带载运行时，假定三相负载对称，负载阻抗，其中。按照发电机惯例，图中所表示均为电压和电流正方向。如果控制绕组侧变频器是电压源型逆变器，则可控量为变频器输出交流电电压和频率。下面推导电压控制源控制模型。在静止坐标系下，无刷双馈发电机电压方程可写为： 其中功率绕组端电压满足基尔霍夫电压定律： 由此得功率绕组定子电压方程可得： 整理后可得功率绕组定子电压方程：定子转子电压方程改写为： 其中： 由于负载电感并不参与电机励磁，因此定子控制绕组、转子自感没有变化、定转子互感磁链并没有影响。静止abc坐标系下，转矩方程没有变化，磁链方程仅电机定子功率绕组三相自感磁链增加。采用前面坐标变换无刷双馈发电机在转子速dq0坐标系上电压方程变为： 上式是在已知负载阻抗大小情况下推导无刷双馈发电机模型，该模型适合仿真运算推导无刷双馈发电机运行规律。在单机发电实际应用中实际上由于无法提前预知负载大小，因此上式不能应用于控制模型。控制模型中给定量仍然是功率绕组端电压大小，因此控制模型数学模型仍然不变。无刷双馈电机在发电运行，通常是在功率绕组端开路情况下先自励发电起动，等电压稳定后再切入负载。3 模型意义目前无刷双馈电机数学模型大都是以级联电机模型为基础推导，主要有网路模型、转子速模型和双同步速模型等，网路模型是电压、电流、磁链在三相静止坐标系统中的模型，客观地反映了BDFM的最基本电磁特点，但由于方程复杂，各量之间耦合在一块，不便于电机控制。转子速模型是将三相静止坐标系统的电压、电流、磁链量通过坐标变换到与转子速同步的d-q坐标系中，实现对转子电流为状态变量的简化。一般来说dq0坐标轴系的旋转速度为任意速度，但由于无刷双馈电机功率绕组和控制绕组的极对数或电流频率不相等，所以在转子绕组中感应的等效正弦电流的角频率和也不相等，因此很难将电机的定子两套绕组变量通过统一的坐标变换矩阵统一到一个dq坐标系中。当选取转子速坐标轴系时，这个旋转dq0坐标系统相对于转子为静止。因此在转