无刷双馈电机控制技术讲义：.doc

无刷双馈电机控制技术 无刷双馈电机的发展历史和研究现状 无刷双馈电机的运行与控制原理 绕线式转子无刷双馈电机的数学模型 绕线式转子无刷双馈电机控制系统分析 0 无刷双馈电机的发展历史和研究现状 20世纪初，交流电在工业中的用，电机以其结构简单、坚固耐用推广用。交流电机的转速单一也促使速度范围较为宽广的变速电机的研究。感应电机。转子绕组串入电阻固然实现变速运行，然而促使人们寻求一种低耗能的新型电机。串级联接绕线转子感应电机无刷双馈电机起源于串级联接绕线转子感应电机，其原理通过改变滑动变阻器能在一定范围内调速的系统是将两台绕线感应电机同轴串级连接构成一系统，如图 图 串级联接绕线转子感应电机的结构示意图 由于取消绕线转子串电阻调速时的滑环和电刷这种串级联接的方法可以在一定的转速范围内实现调速，当时引起学者广泛关注。在此基础上，1902年F. Lydall提出了一种自级联感应电机，把两台绕线式感应电机同轴相连，这种电机能够在种不同的转速下运行，实现电机自串级联接的运行方式。同一时期，也有一些学者提出其它的观点，如P. Thompson于1901年利定子绕组排布在不同空间以保证定子无直接耦合。美国学者Steinmetz和德国学者Meller也分别于1903年、1904年提出了相似的观点[]。1907年L. J. Hunt提出两台感应电机的转子绕组相互连接，去了滑环和电刷，形成无刷双馈电机的雏形。它的形成标志是A new type of induction motor”一文的发表。通过调节第二台电机定子绕组上串接的电阻，实现连续调速，此时第二台电机相当于绕线式转子异步电机的转子的作用。这种结构的电机作用和一台普通的异步机相似，但可以降低成本，减小铜耗，提高起动性能，获得更低的转速和较硬的机械特性。Hunt转子绕组设计使这种电机具有一定的实用价值[]。1920年，Greedy进一步改进了电机的定转子结构，研制一台/1极[4]，使在电阻调节的控制方式下获得高起动转矩导致这种电机的发展一度停滞当时电力电子技术还不够成熟。 无刷双馈电机的进一步发展是在上世纪70年代，A. R. W. Boradway对电机的转子作了较大的改进，简化了结构，极数的配合上的要求也进一步放宽，为无刷双馈电机的发展铺平了道路。Boradway提出所谓的Boradway 转子，现在的特殊笼型转子结构，具有笼型转子的可靠性坚固性，又能满足无刷双馈电机的特殊要求，现代无刷双馈电机的基本思想。理论上，Boradway提出了稳态等效电路模型，并由此推导出无刷双馈电机在原理上等效于两台普通异步电机同轴相连。同时期的Smith于1967年研究了自级联感应电机的同步运行特性，从两个分离的感应电机观点出发，获得一个简易的等效电路，并由此提出稳态同步运行特性。到了2080年代中期，Heyne和El-Antably提出了基于磁阻式转子的新型电机，样机采用2/4极对数结构，电机的性能指标有了较大的提高。 上世纪80年代中期，美国的Oregon州立大学对特殊笼型转子结构展开了系统深入的研究，无刷双馈电机（Brushless Doubly-Fed Machine，简称BDFM）正式命名为无刷双馈电机。自此无刷双馈电机作为一种应用前景广阔的新型电机成为国内外研究的一个热点。图 目前无刷双馈电机研究常用四种转子形式 “磁阻”式转子图 “同心笼”式转子 近三十年来，无刷双馈电机得到飞速的发展。80年代中期，美国Oregon 州立大学的Wallace，Spée，Li等学者对无刷双馈电机进行系统研究，取得了一系列的重要成果。他们主要采用Boradway 转子，并基于样机的结构上提出一种动态模型，利用这种模型来分析电机的性能。然后他们重新进行转子设计，优化转子结构。早期Hunt，Creedy和Broadway电机采用单套绕组，普通双层绕组适当的连接改造得到。经过Rochelle等人对定子结构采用单套变极绕组方案和两套独立绕组方案研究分析，单套变极绕组方案导致绕组中形成环流定子/1极对数。此后，美国Oregon 州立大学课题组采用两套独立绕组。1991年，Li等人通过坐标变换建立了一台特殊笼型转子无刷双馈电机的转子速dq轴数学模型，/1对极、转子24槽并对电机的运行性能进行仿真研究。后，Boger等人将上述的转子速d-q轴数学模型推广至任意极对数的通用形式。1992年，R.Li等人提出了电机同步运行时的等效电路，无刷双馈电机稳态运行时的特性，并绘制了相应的向量图。从R.Li等提出等效电路出发，Gorti等人分析了无刷双馈电机在不同运行状态下的能量平衡关系。1992年美国Oregon 州立大学课题组1993年，一种所谓的标量控制方法Zhou提出，实现了转速和功