无刷双馈电机控制策略的研究

为扩大无刷双馈电机的稳定运行范围,本文提出利用电机的瞬态模型研究电压跟踪频率的关系,并根据电机的稳态模型以电机性能最佳为条件优化计算出控制电压与频率的单值关系.并与电压频率比恒定控制作了比较,结果表明采用本文提出的方法能有效地扩大电机的转速运行范围和获得良好的运行性能.本文提出的无刷双馈电机控制策略,为系统地进行无刷双馈电机电气传动系统和变速恒频风力发电系统的设计与控制奠定了基础.     

无刷双馈电机的稳态转矩-角特性

简述了从无刷双馈电机的电机变量的方程推导无刷双馈电机的双轴数学模型,在双轴模型的基础上,仿真研究了稳态运行时ｄ－ｑ模型下功率绕组与控制绕组间电压相角差与电机电磁转矩的关系,揭示了无刷双馈电机稳态运行时具有同步电机特性,并为该电机运行状态的控制提供了依据。     

无刷双馈电机功率流向分析

无刷双馈电机作为一种新型交流调速电机,其结构与运行特性具有特殊性。在介绍无刷双馈电机稳定运行机理的基础上,分析了无刷双馈电机功率与损耗关系;并在考虑无刷双馈电机运行特殊性的基础上,采用类似与同步电机功角关系,分析了不同转速范围电动发电运行时的功率传递关系,为无刷双馈电机的电机设计、变频器容量选择及其他研究提供参考。     

无刷双馈调速电机运行范围的分析

无刷双馈电机通过改变控制绕组上的供电方式,可以实现自起动、同步、异步、双馈等多种运行方式。文章分析了无刷双馈电机在控制绕组上外加的电压或电流的最大值发生变化时,电机的稳定运行范围的变化规律,为设计、运行和选用无刷双馈电机提供了依据。     

无刷双馈电机发电并网控制研究

针对传统的跟踪发电电压的标量控制策略控制无刷双馈电机的并网运行时存在的问题,提出一种跟踪电网电压矢量定向控制的无刷双馈电机的并网运行控制方法,同时在无刷双馈发电系统输出端与电网之间引入一个缓冲电抗器,使无刷双馈电机发电电压矢量、电网电压矢量和电抗器两端电压矢量构成一个矢量三角形,从而实现了无刷双馈电机的发电并网运行。实验结果验证了本文提出方法的有效性。     

笼型转子无刷双馈电机等效电路的分析及应用

无刷双馈电机作为一种新型交流电机,在电动机变频调速控制以及发电机变速恒频控制领域具有广阔的应用前景,然而其结构、电磁关系、运行特性都比常规电机更加复杂。为了研究该电机的运行特性,本文从笼型转子结构的无刷双馈电机基本电磁关系出发,运用电机学的基本理论和方法,推导了其的电压基本方程,经过频率归算和绕组归算,得到笼型转子无刷双馈电机的通用等效电路和相量图,进而得到了该电机在自然同步和异步运行模式下的等效电路。在此基础上,利用VB编程进行了该电机的电磁设计,通过计算得到了等效电路中的各个参数值,并利用Matlab对该电机不同运行模式下的运行性能进行了仿真分析,说明了等效电路及其参数值的正确性。     

无刷双馈电机能量传递关系和功率因数特性的实验研究

在不同的运行方式下,无刷双馈电机控制绕组具有能量双向流动的特点。目前对该课题已有的研究成果中定性分析多、实验数据少,且没有正确反映能量传递关系。提出对应于一定的频率和负载转矩,无刷双馈电机在亚同步电动(或超同步发电)状态下控制绕组的能量并非总是回馈到逆变器,而是与其端电压、相应频率下的开路电压以及逆变器的直流侧电压有关。在此基础上,将电机的功率因数、运行效率以及稳定性与能量传递关系结合起来进行研究。样机实验结果表明,双馈运行状态下对应于某一确定的转速和负载,在满足系统稳定运行的条件下,调节控制绕组电压使其约为对应的开路电压,可以提高电机的运行效率。     

绕线转子无刷双馈发电机的计算机辅助设计系统

本文为了准确且快速分析计算无刷双馈发电机的稳态性能,基于传统三相电机的电磁设计程序和无刷双馈电机的等效电路,开发了采用C语言软件的绕线式无刷双馈电机计算机辅助设计系统。此系统可以计算在不同转速和控制电压下的电机性能。通过对实验数据和计算结果进行对比,证明了此设计系统计算结果的准确性,为绕线转子无刷双馈电机的计算机设计提供了高效便利方法。     

无刷双馈电机电动状态下的能量分析

无刷双馈电机作为一种新颖电机,无论是电机结构还是运行特性都有其特殊性。从电机稳态模型出发,分析了无刷双馈电机作为调还电动机在各种不同转速范围内定、转子间的能量传递关系,为无刷双馈电机的绕组容量设计以及变频器容量的选择方面提供依据。     

一种差分运行方式新型无刷双馈发电机的仿真和实验研究

无刷双馈电机是一种具有广泛应用前景的新型电机。以往研究的无刷双馈电机无论采用的是何种转子结构,其自然同步速均为60?f/︱(p_1+p_2)︱,即基于和调制的运行方式。为了提高无刷双馈电机的自然同步速,扩大其运行和控制范围,提升电机的功率密度,该文提出一种基于差分运行方式的新型无刷双馈电机,即自然同步速为60?f/|p1-p2|。采用绕线转子结构给出该种电机的设计方法,并结合一种1/4对极发电机的设计实例建立电机的有限元模型进行详细分析。研制实验样机并对其空载和负载性能进行测试。仿真和实验结果均证实了电机设计方案的正确性。     

绕线转子无刷双馈电机‘Π’型等效电路

等效电路是电机性能分析的重要工具。由于无刷双馈电机为多耦合系统,传统等效电路计算复杂,该文提出了无刷双馈电机更简洁的‘Π’型等效电路,为这种电机的性能分析提供了简单有效的方法。首先根据感应电机基本原理,引出了无刷双馈电机的基本等效电路,考虑无刷双馈电机具体适用工况,将基本等效电路参数均折算到控制绕组。然后,在控制绕组为参考的等效电路基础上,通过电路等效,导出无刷双馈电机的‘Π’型等效电路。进一步对绕线转子无刷双馈电机等效电路的参数获得进行研究,讨论了使用解析法需要注意的地方;并提出用试验直接测定无刷双馈电机基本电路参数的办法。最后,在60k W绕线转子无刷双馈电机样机平台上进行试验,试验结果验证了‘Π’型等效电路的有效性,及参数计算、测试方法的正确性。     

双馈电机数学模型及运行性能比对分析

从有刷双馈电机的原理出发,分析了级联式、鼠笼式和磁阻式无刷双馈电机的原理,从电机的结构、数学模型、运行性能角度指出了它们之间的内在联系。当不考虑级联式、鼠笼式无刷双馈电机的转子绕组电阻时,这些电机在不同坐标系下的磁链方程与电压方程结构形式完全相同。级联式、鼠笼式、磁阻式无刷双馈电机虽然实现了无刷,但存在其它的不足,耗材量增加,结构相对复杂,能量间接传递,不同旋转频率的磁场叠加。     

同步坐标下无刷双馈电机无源性控制

针对无刷双馈电机非线性PID控制方案中转速和负载转矩动态响应性能差,负载突变时易引起振荡等问题,提出无源性控制策略。根据无刷双馈电机同步速旋转坐标系下的电压、磁链和转矩方程,建立电机的欧拉-拉格朗日模型;从能量角度分析电机电气子系统与机械子系统的无源性,设计电机的转矩控制器和转速控制器。为改善系统动态响应,降低其对参数变化的灵敏度,通过在控制器中加入非线性阻尼,实现系统的快速收敛。基于MATLAB/Simulink环境搭建了无刷双馈电机无源性控制的仿真模型,仿真结果表明,无源性控制策略可快速跟踪给定转速,动态响应性能好,全局稳定、鲁棒性好。     

基于最大Lyapunov指数的无刷双馈电机混沌现象分析

从混沌机理研究角度,采用数值仿真方法计算最大Lyapunov指数,分析并验证了无刷双馈电机中存在的混沌现象。基于无刷双馈电机d-q轴数学模型,导出非线性微分方程;以转子运动时间常数的倒数为电机系统的控制参量,根据实际电机参数构建无刷双馈电机的混沌模型;通过计算混沌模型的最大Lyapunov指数,分析电机出现混沌现象时所对应的参数范围。采用MATLAB建模仿真,论证了无刷双馈电机进入混沌运动状态时的参数条件。     

SPWM逆变器供电的无刷双馈电机调速系统仿真

无刷双馈电机的双轴坐标数学模型为电机的进一步仿真研究提供了方便。利用该数学模型，建立了SPWM电压型逆变器供电的无刷双馈电机调速系统的数字仿真模型，对其进行了动态性能的仿真；同时在此基础上，研究了软起动对电机起动性能的改善作用。     

基于有限元的无刷双馈电机发电运行状态的仿真

考虑到无刷双馈电机的设计方法目前还不成熟,提出一种采用有限元方法对无刷双馈电机发电运行状态进行仿真的方法,该方法可以对设计方案进行评估。在Ansoft/Maxwell下建立样机在发电状态下的2D仿真模型,通过改变控制绕组电压的初相角,调节无刷双馈电机的运行状态及输出功率,得到电机的总电磁转矩、两定子绕组功率、电流与控制绕组电压的初相角之间的特性曲线。该特性曲线可用以计算电机的过载能力、额定电流对应的有功及无功功率以及对应的控制绕组初相角。在此基础上进一步研究了两个定子绕组轴线的空间相对位置角和控制绕组电压大小对以上特性曲线的影响。     

一种新型直线电机的设计与仿真

将传统无刷双馈电机的原理应用于直线电机,提出一种新型电机即直线无刷双馈电机。阐述了该电机的工作原理,利用有限元仿真软件对一台采用特殊笼型动子的直线无刷双馈电机进行建模仿真,得出仿真结果(包括电机的磁力线分布、电机动子移动速度与动子和定子绕组频率之间的对应关系、电机的气隙磁密谐波分析以及电机的的功率与效率分析)与理论分析相一致,从而证明了直线无刷双馈电机的合理性及可行性,为无刷双馈原理在直线电机中的应用提供理论指导。     

凸极与轴向叠片(ALA)磁阻式无刷双馈电机电磁场对比分析

该文对凸极式与轴向叠片磁阻式无刷双馈电机进行电磁场计算,给出线性与非线性条件下功率绕组与控制绕组电感参数波形,并计算出电感参数、功率绕组电压与极弧系数、导磁迭片与非导磁迭片厚度比关系曲线。将这两种电机进行了对比分析,在相同的定子结构、绕组排布、气隙长度及相同的运行条件下,轴向叠片式无刷双馈电机空载电压值比凸极式无刷双馈电机明显要大,可以提高30%。     

无刷双馈磁阻电机的等效电路与稳态特性分析

无刷双馈电机的定子具有极数和供电频率皆不相同的功率绕组和控制绕组,难以采用传统感应电机的等效电路进行稳态特性分析。根据两套定子绕组的电磁耦合关系特点,提出一种基于频率归算而无需进行极数归算的无刷双馈磁阻电机的等效电路。该等效电路与传统感应电机等效电路具有相似的形式,可用于无刷双馈电机稳态特性分析。文中介绍了采用该等效电路对一台5kW轴向叠片磁阻转子无刷双馈电机的稳态特性分析。仿真结果与实验结果相吻合,从而证明了所提出的磁阻转子无刷双馈等效电路的正确性和实用性。     

无刷双馈发电机的并网控制研究仿真

为更好高效利用风能,无刷双馈电机须与大电网进行并网运行,为减小对并网过程中对电网的冲击,须有效控制发电机的频率、幅值和相位,本文基于对无刷双馈电机数学模型的分析与简化,提出了一种简单的并网控制策略,并在SIMULINK环境下进行建模与仿真,结果验证了本文所提策略的正确性与可行性,为无刷双馈电机并网控制的进一步研究提供参考。