【《双馈感应发电机直接转矩控制系统分析》3200字】

双馈感应发电机直接转矩控制系统分析以转子磁通为控制量,以实现对异步电机的更精确控制[10]。要测量转子磁通时会有很大的差值误差，会因为引入旋转矢量后而变的更加难以计算[11]。直接转矩控制系统具有更多的优势。使用定子磁链调整电机[12],它提高了电机抵抗环境干扰的能力,并使控制系统的性能大大提高。以下是双馈感应发电机直接转矩控制具体说明[13]。1.1交流异步电机的数学模型我们本小节研究电机的数学模型，以便于可以使电机更好的运行和有良好的稳定性[14]。该课题研究的电机是一个绕线式电机,该电机的等效模型如图2-1所示。在异步电动机的模型中,定、转子两个相对应的轴之间有一个夹角,可以用θ来表示这个夹角。图2-1三相异步电动机的物理模型在这里异步电机我们可以把其等效为普通的直流电机，等效变换图如下所示。三相交流绕组(b)静止的两相交流绕组(c)旋转的直流绕组图2-2等效的电动机绕组物理模型该课题分析的过程是选用电机在αβ坐标系下的。1.1.1磁链表达式定、转子磁链表达式：ΨΨ变换成坐标系下两个磁链表达式：ΨΨΨΨ两个磁链的矩阵表达式：Ψ励磁磁链为：Ψ1.1.2电压电流表达式电机电压在αβ坐标系下的表现形式。定、转子电压表达式：uuRωiαs、iβs、iαr、iβr分别为定、转子电流矢量静止坐标系下的分量,Ψαs、Ψβs、Ψαr、Ψβr分别为磁矢量的α、β分量；uαs、uβs、uαr、uβr分别为电压矢量us在静止坐标系下的α、β分量[15]。将磁链方程带入电压电流关系式可得到：u1.1.3电机转矩表达式电磁转矩表达式：T也可以转化成：T运动方程为：TTe是电磁转矩；Tl外加的负载转矩；pn极对数；J为转动惯量；θ是磁通角；σ为漏感系数。仿真过程中保持两个磁链的幅值数据不变的话,指通过改变磁通角θ的大小,转矩也改变,直接转矩最重要的就是这个要点。1.2分析空间矢量和介绍逆变器数学模型1.1.1逆变器数学模型直接转矩控制,通过电压逆变器的控制的关闭和开通、使用空间电压矢量的选择逆变器的三相桥流的开通和关闭状态的改变，来控制定子磁链,通过逆变器控制六个不同方向的零电压矢量沿圆形轨道运行,可以通过散布零电压矢量的两种状态来改变转子滑差频率,该方法用于控制双馈风力发电机的转矩变化,实现双馈风力发电机的速度控制[16]。分析一下逆变器的相关结构和运作流程,简单的结构布置如下图所示。图2-3电压逆变器三相路中,每一个的两个导通路导通状态都是恰好相对应相反的，在本文中可以用Sa、Sb、Sc表示电压逆变器三相桥臂的开关状态,三相桥臂的开关状态可以用表2-1所示。导通关闭的特点：当导通情况至少有一个至少有两个时,可以工作,而且在该导通情况下三相负载运行它们所连通的电位都不是相同的；当输出状态是全开通或者全关闭的时候,不能影响电机的运行,三相负载的电压是一样的。数学模型的方程：uuu1.1.2电压空间矢量在该课题分析过程中，想要使空间矢量变得简单通俗易懂，我们要进行变换进行图形来进行分析，通常将介绍在上述的Park变换中,可以使用该变换将3d坐标系里的量转换为2d里边的矢量数值。在本文中,可以将定子坐标系中的A轴和Park复平面中正交的实轴重合[17],我们把三相电压进行上述变换后矢量us(t)为：u他们每一个的幅值2udc3,两两之间的两个矢量夹角都为60度图2-4每个矢量坐标系中分布图1.1.3对电磁转矩的影响如果分析时不考虑定子磁链的幅值来进行矢量选择过程时[14],那么,电磁转矩发生变化的唯一影响因素是定子磁通的相位角。分析时两个磁链夹角即磁通角θ为零到九十度,如果这时候矢量在磁链之前，超前于磁链时,转矩会随着磁通角有着共同变化趋势；定子磁链有牵制作用时,转矩会随之减小；如果此时工作的是零电压空间矢量,转矩不会改变。设t1时刻电磁转矩为Te1,t2时刻电磁转矩为Te2TT若满足Ψs1Ψr1若满足Ψs1Ψr11.1.4电压空间矢量对电机定子磁链的影响定子磁链Ψs(t)表达式可以为：Ψ不考虑电机定子电阻的存在情况下：ΨΨs图2-5定子电压空间矢量与定子磁链空间矢量的关系1.3各个结构分析需要充分了解电压逆变器的特点[18]。直接控制的状态变量为电磁转矩和定子磁链幅值，控制策略根据转矩和磁链的参考值得到的脉冲信号用于驱动桥流逆变器的开关导通状态，其结构如下图所示：图2-6直接转矩控制系统的典型框图该控制策略按照定子磁链轨迹的原理来选择合适的矢量来控制电机。1.3.1定子磁链观测器下面介绍几种经常会用到的观测模型：第一种是利用检测到的定子电压和定子电流建立起来的磁链观测模型（u-i模型）;第二种模型即i-n模型,该方法依赖电机参数的依赖性过大,所以很少使用;第三种模型即u-n模型,电机在高速和低速模式下会变成之前的两个模式，该模式下不论在任何转速的情况下，都可以算出磁链。而u-i模型对电机参数依赖性很小，只需要定子电阻这一个电机参数，下面对u-i模型进行简单介绍。磁链表达式为：Ψαβ坐标系下的形式：ΨΨ根据上式得到模型的结构图如下：图2-7u-i模型结构图电机高速动作时,电压降远远小于端电压,所以该数值可忽略不计,电机高速运行,定子磁链的振幅不会出现轨迹偏差。当电机的速度到相对较低时,定子电阻不稳定,定子电阻就变得不好测量,所以系统就很难检测出准确的数值来进行分析。1.3.2转矩观测器该模块对电机运行时给模块得出一下数据并进行实时处理可以计算出电磁转矩。该转矩表达式：T1.3.3磁链调节器磁链控制器基于滞环带为HT的两阶滞环比较器，根据磁链的误差，输出FΨ，它的值可取为-1或者1(没有0)，这些容易在数字控制系统实现。图2-8磁链滞环调节器1.3.4PI调节器选择了PI调节器,控制系统中的转速调节器的模型如下图2-9所示,我们将电机实时的产生的参数转速值和我们自己仿真给定的转速的参考值相互比较,PI调节器对它们比较出来的值进行一下处理后电机转矩的参考值Te*。转速闭环控制,会让系统变得简单明了一些[19]。转速的实时量会使转矩也发生改变,这样，要改变转速的话，改变转矩调节器的产生的量就可以改变。图2-9PI调节器1.3.5转矩调节器转矩调节器对转矩直接控制[20]。通过随时测量的转矩与转矩的参考值的差值的比较,电机的转矩就可以实现直接调节功能。在调整装置判断出扭矩差的大小后,如果扭矩差比较大,则需要将反馈之前得到的差值信号,以便该控制直接自己重新选择矢量来实现控制。转矩调节器模型如下：图2-10转矩滞环调节器这个过程中，适量选择尤为重要，选择正确的矢量来确定两个磁链的磁通角夹角成为合适的值，才能使电磁转矩变符合电机运行的实时状态，才能更好的稳定运行。1.3.6电压空间矢量的选择基于电压空间矢量直接转矩控制,介绍了空间电压矢量控制的基本原理,利用MATLAB软件建立了基于电压空间矢量的直接转矩控制模型,介绍了相关模块的原理,建立模块,并模拟电压空间矢量直接转矩控制[21]。下文将具体在直接转矩控制系统中电压空间矢量选择的方法。u1(100)～u6(101)为非零电压矢量，它们方向是不同的,S1－S6为对应的六个扇区;据图2-11所示,分析沿着整个圆形定子磁链轨迹的过程[22]。θ及T随实际风况的变化而变化[23]。图2-11电压空间矢量扇区分布图本文可以对此进行以下分析,根据图2-11呈现出的内容,在这些分量中有很多对磁通影响很大。该影响可以总结如下表所示：表2-2电压空间矢量查询表首先对上表中