无刷双馈电动机功率因数特性控制技术研究

目前,国内对无刷双馈电动机功率因数的研究成果中定性分析多,实验数据少,而功率因数低是一直制约其工业化的关键问题。本文以无刷双馈电动机数学模型为基础,根据磁场定向矢量控制原理,建立控制绕组电流与功率绕组有功分量与无功分量的关系,进而推导出功率因数与控制绕组电流和电机参数之间的关系式并对无刷双馈电动机功率因数控制技术进行理论分析,同时研制了30kW实验样机进行实验研究。理论分析和实验表明,所提出的无刷双馈电动机功率因数控制技术是可行的,由此可提高系统运行效率和稳定性。     

无刷双馈电机的转子结构及其谐波分析

从无刷双馈电机功率绕组及控制绕组产生的磁场各自在转子导条中感应的电流频率、相位所应满足的关系得出转子导条数目。介绍了用于无刷双馈电机的比较特殊的转子结构,并对具有这种结构的转子进行了磁势谐波分析,及用实验验证了无刷双馈电机的转速、频率关系     

磁阻型转子无刷双馈电机的功率与转矩分析

从无刷双馈电机的视在功率表达式出发，推导了无刷双馈电机的转矩表达式、主辅绕组的有功功率和无功功率表达式，分析了三者之间的关系，为无刷双馈电机的高性能控制提供了依据。     

无刷双馈电机功率绕组转矩控制策略研究

为了提升无刷双馈电机动态控制系统运行的稳定性和快速性,通过建立假想的等效旋转控制绕组,分析了电机定子功率绕组及控制绕组电流产生的磁场之间的关系,设计了功率绕组电压磁场定向矢量控制策略.仿真结果表明,无刷双馈电机采用功率绕组转矩控制策略后,转矩波动小,转速稳定时间短,验证了转矩控制策略的优越性.     

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。     

开绕组无刷双馈发电机直接功率控制研究

针对开绕组无刷双馈电机模型复杂且耦合性强的问题,提出一种适用于开绕组无刷双馈电机的新型直接功率控制方法。通过研究定子控制绕组侧电压与功率绕组侧有功功率和无功功率间的关系,推导出基于d-q坐标系的直接功率控制状态方程,实现有功和无功功率的解耦控制。针对传统滑模控制器抖振及不连续高频开关控制等缺点,设计了基于新型趋近律的超扭曲滑模控制器,建立了开绕组无刷双馈发电机新型超扭曲滑模直接功率控制系统的仿真模型,并给出了不同工况下的仿真结果,验证了该功率方程模型的正确性和新型超扭曲滑模控制方法的有效性和鲁棒性。     

基于有限元法的磁阻式转子无刷双馈电机电磁场计算与分析

为准确计算磁阻式转子无刷双馈电机的功率绕组三相短路故障对电机性能的影响,提出一种场路耦合运动问题的二维时步有限元方法。利用该方法对无刷双馈电机在空载和负载状态下,电机的正常运行和三相短路故障时磁力线分布、气隙磁密、功率绕组输出电压和电流等进行了对比分析,结果表明:在功率绕组发生三相短路故障时,无刷双馈电机的气隙磁场明显畸变,基波含量降低,谐波含量增加,引起发电机机械振动和噪声较大。     

开绕组无刷双馈发电机直接功率自抗扰控制策略

根据开绕组无刷双馈电机在同步旋转坐标系中的数学模型,推导和分析了功率绕组输出瞬间功率和控制绕组功率电压之间的关系,并建立对应状态方程。设计无刷双馈电机直接功率自抗扰控制器,实现了有功功率和无功功率的解耦控制。搭建了开绕组无刷双馈发电机直接功率自抗扰控制系统的仿真模型,给出了系统暂态、稳态及参数扰动等不同工况下的仿真结果,仿真结果验证了该新型控制策略的可行性和有效性。     

基于转差频率旋转坐标系的无刷双馈电机数学模型

由于无刷双馈电机功率绕组和控制绕组极数不同,两套绕组电流在电机气隙内产生的旋转磁场的转速不同,使得人们在建立无刷双馈电机数学模型时,通常建立两个旋转坐标系.为解决此问题,本文提出一种基于转差频率旋转坐标系的建模方法,将本是固定的控制绕组建立在以特定速度旋转的坐标系上,这种方法可以将无刷双馈电机数学模型建立在一个旋转的坐标系上.这种建模方法,解决了原来数学模型建立过程复杂,难以理解的问题,并为建立类似传统异步电机的矢量控制方法奠定了基础.     

开绕组无刷双馈风力发电机最大功率点跟踪直接转矩模糊控制研究

基于风力发电机最大功率点跟踪原理,结合无刷双馈电机无电刷和集电环的特殊结构及采用双定子磁场调制使得所需变流器容量更小的特点,提出了一种由双两电平变流器拓扑构造三电平馈电的开绕组策略,阐述了无刷双馈风力发电机最大功率点跟踪、开绕组策略及直接转矩控制、模糊控制等各部分工作原理,进而利用Matlab/Simulink仿真软件,搭建了无刷双馈风力发电机控制绕组采用双两电平SVPWM变流器馈电实现最大功率点跟踪的开绕组直接转矩模糊控制模型,并进行了详细的性能仿真,最后,通过无刷双馈电机半实物仿真实验平台,证实了所提开绕组策略的正确性和可行性,为进一步研发半实物仿真实验平台及相关控制策略提供了良好的参考与借鉴。     

无刷双馈风力发电机模糊功率因数控制与仿真

以变速恒频风力发电为背景,根据无刷双馈电机原理和模糊控制理论设计了模糊控制器,应用此模糊控制器对无刷双馈电机发电运行状态的功率因数进行控制,并在Simulink环境下进行了仿真。仿真结果表明,模糊功率因数控制器很好地追踪了功率因数的变化,并且保证了功率绕组电流频率不变,实现了变速恒频发电。     

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。     

基于工业PC的无刷双馈电机监控系统设计

无刷双馈电机监控实时数据采集包括主副绕组电压、电流、频率、功率因素和转速等物理量.讨论了一种在Windows环境下,基于Visual C 的无刷双馈电机监控模块的设计方法,阐述了各物理量硬件检测电路和软件实现方法,并给出系统最终运行测试结果.     

无刷双馈电机转差率问题探讨

无刷双馈电机数学模型的推导、相量图和等效电路的绘制,都需通 过转差率进行绕组间的频率折算。无刷双馈电机中共有三个转差率:①转子绕 组对定子功率绕组旋转磁场的转差率sp,②转子绕组对定子控制绕组旋转磁场 的转差率sc,③定子控制绕组旋转磁场对定子功率绕组旋转磁场的转差率s。这 些转差率的计算方法在众多文献中的阐述与推导均令人费解,物理意义不甚明 了。文章首先从普通异步电机出发,推导并给出了无刷双馈电机三个转差率的 明确定义和简单计算方法。     

无刷双馈风力发电机模糊功率因数控制与仿真

以变速恒频风力发电为背景,根据无刷双馈电机原理和模糊控制理论设计了模糊控制器,应用此模糊控制器对无刷双馈电机发电运行状态的功率因数进行控制,并在Simulink环境下进行了仿真.仿真结果表明,模糊功率因数控制器很好地追踪了功率因数的变化,并且保证了功率绕组电流频率不变,实现了变速恒频发电.     

磁障转子无刷双馈电机的异步双馈调速特性研究

基于无刷双馈电机的磁场调制机理,阐述无刷双馈电机异步双馈运行的工作原理。根据场路耦合法,通过调节控制绕组外接电阻值,对磁障转子无刷双馈电机的异步双馈运行进行仿真与实验研究。仿真和实验结果表明,磁障转子无刷双馈电机的转速在异步双馈运行下仍满足对无刷双馈电机的性能要求。     

无刷双馈电机转差率问题探讨：

无刷双馈电机数学模型的推导、相量图和等效电路的绘制，都需通过转差率进行绕组间的频率折算。无刷双馈电机中共有三个转差率：①转子绕组对定子功率绕组旋转磁场的转差率％，②转子绕组对定子控制绕组旋转磁场的转差率sc，③定子控制绕组旋转磁场对定子功率绕组旋转磁场的转差率s。这些转差率的计算方法在众多文献中的阐述与推导均令人费解，物理意义不甚明了。文章首先从普通异步电机出发，推导并给出了无刷双馈电机三个转差率的明确定义和简单计算方法。     

基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。     

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。     

笼型无刷双馈电机转子磁场分析

无刷双馈电机实现机电能量转换的基础在于转子磁场中不同频率的磁场与定子绕组磁场的相瓦作用,因而研究转子磁场的产生、组成和特点,对于无刷双馈电机的研究具有重要意义.考虑到无刷双馈电机独特的转子结构,分析了气隙中存在两种不同极数的定子旋转磁场时,转子感应电流所产生的磁场解析解,并据此对转子磁场波形、谐波成分等进行了研究.