转差频率旋转坐标系的无刷双馈电机数学模型与矢量控制研究

论文摘要

无刷双馈电机调速系统集中了笼型转子感应电机调速系统和绕线转子感应电机调速系统的优点。特别是无刷双馈调速系统变频器功率只是电机功率的一部分，与笼型转子感应电机调速系统相比，具有明显成本优势。目前，国内外对无刷双馈电机及控制方法的研究正处在由理论研究向实际应用过渡阶段，有很多地方还需要在实际应用中不断完善和发展，至今没有建立起一套集矢量图、等效电路和数学模型于一体的无刷双馈电机分析方法。针对这些尚未解决的问题，本文开展了如下几个方面的工作。首先，在其它学者研究的基础之上，提出了一种基于转差频率旋转坐标系建立数学模型的方法。依此方法建立的无刷双馈电机数学模型，解决了功率绕组电流产生的气隙磁场和控制绕组电流产生的气隙磁场在空间的旋转速度不相同的问题。为建立无刷双馈电机矢量控制理论打下了基础。其次，在前述的基于转差频率旋转坐标系无刷双馈电机数学模型基础上，提出了基于转差频率旋转坐标系的无刷双馈电机矢量控制方法。能通过无刷双馈电机控制绕组电流，来控制功率绕组电流的有功分量和无功分量，这样不但功率绕组的功率因数可以任意调节，而且能够做到功率绕组电流只提供有功电流分量，由功率绕组来提供动态转矩，功率绕组所需的励磁磁场完全由控制绕组电流提供。这样可使调速系统提供更大的动态电磁转矩，大大提高调速系统的动态响应性能。然后，构建了基于转差频率旋转坐标系的无刷双电机矢量控制系统实验样机，并进行了实验研究。验证了本文提出的基于转差频率旋转坐标系的无刷双电机矢量控制系统的正确性。最后，建立了新型的无刷双馈电机等效电路，解决了功率绕组等效电路和控制绕组等效电路相互分离的问题，使功率绕组等效电路和控制绕组等效电路连在了一起，给无刷双馈电机的稳态分析带来了很大方便。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 无刷双馈电机稳态等效电路
• 1.2.2 无刷双馈电机数学模型及控制方法
• 1.3 论文完成的主要工作
• 1.3.1 建立基于转差频率旋转坐标系的无刷双馈电机数学模型
• 1.3.2 建立基于转差频率旋转坐标系的无刷双馈电机矢量控制方法
• 1.3.3 无刷双馈电机矢量控制系统的实现与实验研究
• 1.3.4 建立新型的无刷双馈电机稳态等效电路
• 第二章 基于转差频率旋转坐标系的无刷双馈电机数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 无刷双馈电机的结构特点和工作原理
• 2.2.1 定子结构
• 2.2.2 转子结构
• 2.2.3 无刷双馈电机磁阻转子的磁场调制与磁场分析
• 2.2.4 无刷双馈电机功率分析
• 2.2.5 无刷双馈电机转矩分析
• 2.3 无刷双馈电机机电能量转换的原理
• 2.4 基于转差频率旋转坐标系的等效数学模型
• 2.4.1 建立基于转差频率旋转坐标系的电机模型
• 2.4.2 建立基于转差频率旋转坐标系的等效数学模型
• 2.5 笼型转子与磁阻转子无刷双馈电机的等效
• 2.6 等效数学模型的对比分析
• 2.6.1 双馈稳态运行时特性分析
• 2.6.2 异步起动时特性分析
• 2.6.3 负载转矩变化时特性分析
• 2.6.4 双馈运行时转矩和转速变化时的特性分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 新型无刷双馈电机稳态等效电路
• 3.1 引言
• 3.2 等效电路分析
• 3.3 频率归算与等效电路
• 3.4 极数与绕组匝数归算
• 3.5 实验与仿真结果对比分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 无刷双馈电机矢量控制方法
• 4.1 引言
• 4.2 坐标变换
• 4.2.1 三相固定坐标系─两相固定坐标系的变换
• 4.2.2 三相旋转坐标系─两相固定坐标系的变换
• 4.2.3 两相固定坐标系─两相旋转坐标系的变换
• 4.3 两相旋转坐标系上的数学模型
• 4.3.1 电压方程
• 4.3.2 磁链方程
• 4.3.3 转矩方程
• 4.4 无刷双馈电机矢量控制方法
• 4.4.1 基于转差频率旋转坐标系的矢量控制原理
• 4.4.2 建立基于转差频率旋转坐标系的矢量控制方法
• 4.5 无刷双馈电机间接磁场定向方法
• 4.6 无刷双馈电机矢量控制仿真
• 4.7 本章小结
• 第五章 无刷双馈电机矢量控制系统设计与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 无刷双馈电机矢量控制系统设计
• 5.2.1 无刷双馈电机矢量控制系统构成
• 5.2.2 无刷双馈电机矢量控制系统原理图
• 5.2.3 软件设计
• 5.3 无刷双馈电机矢量控制系统实验研究
• 5.3.1 运行状态控制实验
• 5.3.2 动态过程的快速性实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢