本科毕业论文---双馈电动机调速系统控制策略的研究及其仿真论文正文
- 格式:doc
- 大小:1.09 MB
- 文档页数:35
脉冲电源双馈调速系统的仿真研究刘威葳;徐鹏;蒋成玺【摘要】国家脉冲强磁场科学中心(筹)从美国引进的100 MW脉冲发电机电源系统的绕线式异步电动机的额定频率为60 Hz,同步转速为720 r/min,但当其供电频率为50 Hz时,其额定转速达不到其设计值,导致与电动机转子同轴的发电机飞轮的储能也达不到设计值185 MJ.针对该问题,设计了一套双闭环解耦控制的双馈调速方案,使得该电动机能够稳定运行于转速为720 r/min的超同步工况.用MATLAB/Simulink传真平台建立100MW脉冲电源系统电动机的超同步双馈调速系统的模型,并结合相关实际参数,针对超同步运行状况进行仿真.仿真结果证明了该双馈调速系统设置的正确性.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2012(025)010【总页数】5页(P46-50)【关键词】绕线式异步电动机;双闭环解耦控制;双馈调速;100MW脉冲电源系统【作者】刘威葳;徐鹏;蒋成玺【作者单位】广州供电局有限公司试验研究所,广东广州510410;华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心(筹),湖北武汉430074;湖北省电力公司,湖北武汉430077;华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心(筹),湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TM862国家脉冲强磁场科学中心(筹)从美国引进的脉冲发电机电源系统所使用的脉冲发电机组由美国西屋公司制造。
1980年11月,该机组在德州州立大学奥斯丁分校核聚变研究中心首次工作;后由该校拆迁安装至国家脉冲强磁场科学中心(筹)。
该脉冲发电机组应用广泛,除了可为聚变装置提供脉冲能量外,在脉冲强磁场领域,该机组可以设计用于为长脉冲磁体提供能量;利用飞轮储能的原理,该机组可以提供短时电压支撑以提高电力系统电压稳定性。
由于脉冲发电机电源系统的电动机原始设计工作频率为60 Hz,同步转速为720r/min;然而在工频50 Hz时,其同步转速为600 r/min,与其同轴的发电机转子储能不能达到额定值。
无刷双馈电机的控制方法研究一、本文概述随着电机技术的不断发展和应用领域的日益扩大,无刷双馈电机作为一种高效、节能的电机类型,受到了广泛关注。
无刷双馈电机以其独特的结构和工作原理,在风力发电、泵类负载、电动汽车等领域展现出显著的优势。
然而,无刷双馈电机的控制方法一直是研究领域的热点和难点。
因此,本文旨在深入探讨无刷双馈电机的控制方法,以提高其运行性能,推动其在各个领域的广泛应用。
本文首先介绍了无刷双馈电机的基本结构和工作原理,为后续的控制方法研究奠定基础。
接着,文章综述了目前无刷双馈电机控制方法的研究现状,包括传统的控制方法和近年来新兴的控制策略。
在此基础上,文章重点分析了无刷双馈电机的数学模型和控制系统设计,详细阐述了各种控制方法的实现原理和应用效果。
本文还探讨了无刷双馈电机控制方法在实际应用中的挑战和解决方案,如参数辨识、动态性能优化等问题。
通过案例分析,文章展示了无刷双馈电机控制方法在具体领域的应用实例,验证了其可行性和有效性。
本文总结了无刷双馈电机控制方法的研究成果和发展趋势,展望了未来可能的研究方向和应用前景。
通过本文的研究,旨在为无刷双馈电机的控制方法提供理论支持和实践指导,推动无刷双馈电机技术的持续发展和应用推广。
二、无刷双馈电机的工作原理无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine, BDFM)是一种特殊的电机类型,它结合了异步电机和同步电机的特点,具有独特的运行方式和控制策略。
无刷双馈电机的工作原理主要基于电磁感应和电磁场理论,其内部包含两套极数不同的绕组,分别称为功率绕组和控制绕组。
功率绕组通常与电源直接相连,负责传递主要的电能和转矩。
控制绕组则通过变频器或其他电力电子设备进行控制,用于调节电机的运行状态。
这两套绕组在电机内部产生不同的旋转磁场,通过磁场相互作用实现电机的转矩传递和转速控制。
无刷双馈电机的独特之处在于其不需要机械换向器或电刷来实现电流换向,从而提高了电机的可靠性和维护便利性。
工学学士学位论文双馈风力发电机电压跌落仿真专业名称电气工程及其自动化学生姓名 XX指导老师 XXXX大学20XX年6月摘要本文通过简述当今世界面临的能源危机及环境危机指出开发新能源的重要性。
从而指出,开发并利用好风能这种可再生的洁净能源,对全人类的进步与发展有着重大的意义。
同时,对国内外风力发电机的发展现状与趋势作出了说明。
在数学模型建立阶段,本文从a-b-c坐标系中的电机方程式的推导开始,以双馈风力发电机电磁暂态方程为基础,通过d-q坐标转换建立起较为简单的dq0系统下的双馈风力发电机的数学模型。
为仿真试验阶段中仿真模型的建立做好准备。
在仿真实验阶段,本文首先简要的介绍了MATLAB软件中simulink的功能及仿真原理,并且分类简单介绍了simulink中的一些常用模块。
接着根据已建立起的数学模型构建仿真模型。
在建立起仿真模型并选定参数之后,针对并网运行下电压跌落情形进行仿真并对得出的仿真图形进行讨论。
关键词:双馈风力发电机;并网;暂态模型;仿真AbstractThis paper through the world energy crisis and the environmental crisis in the face that the importance of developing the new energy. Thus, the development and use that good wind this renewable clean energy, Have a great significance to human progress and development. At the same time, explain the development of wind turbine generators for domestic situation and trends.In mathematical model establishment stage, the paper begins with the derivation for the motor equations in a-b-c coordinate; take the double-fed wind-driven generator electromagnetism transition condition equation as the foundation. Establish comparatively simple doubly-fed grid wind generators mathematical model under dq0 system by d - q coordinate transformation. Prepare for the simulation model establishment in the simulation experimental stage.In simulation experiment stage, this article first in brief introduction the function and simulation principle of MATLAB/simulink, and classified simply introduced in simulink some commonly used modules. Then establishes the simulation model which according to the mathematical model. After establishes the simulation model and designates the parameter, carries on the simulation and which discuss to the simulation graph in view of situations as stator side string reactance, short circuit and voltage forced landing.Key words: double-fed wind generator; Incorporation; transient model;simulation目录1、绪论 .................................................................................................................................. - 1 -1.1引言 (1)1.2新能源的开发 (1)1.2.1 能源危机引发的新能源开发 ............................................................................. - 1 -1.2.2 环境危机引发的新能源开发 ........................................................................... - 1 -1.3风力发电的现状与发展趋势 . (2)1.3.1 风力发电在国外的现状和发展趋势 ................................................................. - 2 -1.3.2 风力发电在我国的现状和发展趋势 ................................................................. - 3 -1.4研究电压跌落的意义 . (4)1.4.1 电压跌落的概念 ................................................................................................. - 4 -1.4.2 电压跌落的原因 ................................................................................................. - 5 -1.4.3 电压跌落的危害 ................................................................................................. - 5 -1.4.4 电压跌落的标准 ................................................................................................. - 6 -1.5风力发电系统常用的研究方法 . (10)1.6本文研究内容 (11)1.7本章小结 (11)2、双馈风力发电系统 ........................................................................................................ - 12 -2.1引言 (12)2.2双馈风力发电原理 (12)2.3双馈风力发电机的数学模型 (14)2.3.1 ABC坐标系下的双馈电机数学模型 ................................................................ - 14 -2.3.2 DQ坐标系下的双馈电机数学模型 .................................................................. - 17 -2.4坐标变换.. (18)2.5本章小结 (18)3、SIMULINK仿真建模 ....................................................................................................... - 19 -3.1引言 (19)3.2SIMULINK简介 (19)3.3SIMULINK的仿真原理 (19)3.3.1 SIMULINK仿真模块 .......................................................................................... - 19 -3.3.2 SIMULINK仿真过程 .......................................................................................... - 20 -3.4SIMULIN K中常用模块库及本次仿真实验所用到的仿真模块. (21)3.4.1 SIMULINK中常用模块库 .................................................................................. - 21 -3.4.2 本次仿真实验所用到的仿真模块 ................................................................... - 21 -3.5构建仿真模型 .. (24)3.6本章小结 (27)4、仿真结果分析 ................................................................................................................ - 28 -4.1引言 (28)4.2电压跌落仿真与分析 (28)4.3本章小结 (30)总结 ...................................................................................................................................... - 31 -致谢 ...................................................................................................................................... - 32 -参考文献 .............................................................................................................................. - 33 -1、绪论1.1引言风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。
本科毕业设计(论文)题目:双闭环直流调速系统的设计与仿真研究Graduation Design (Thesis)Design and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemByWu JieSupervised byAssociate Prof. Zhang zhenyanDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyMay, 2014摘要为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率,本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1],利用 MATLAB软件,对直流调速系统进行数学建模和系统仿真的研究。
所给出的仿真方法,可以灵活地调节系统的参数,从而获得理想的设计结果,并对设计出的系统进行分析。
建立调节器工程设计方法所遵循的原则是:1)概念清楚、易懂。
2)计算公式简明、好记。
3)不仅给出参数计算公式,而且指明参数调节方向。
4)能考虑饱和非线性控制的情况,同时给出简单的计算公式。
5)适合于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统[2]。
由于这个课题相对简单,我在里面加入了相关性的内容以丰富本课题的广度和深度。
在本设计中,我加入了三种简单的单闭环直流调速系统,并且通过对它们进行仿真分析,比较找出了它们的不足之处,从而更明显地体现了双闭环直流调速系统的优越性。
并且通过对两种典型的双闭环直流调速系统进行仿真分析,从而更好地理解和运用双闭环直流调速系统[3]。
关键词:直流电动机;双闭环调速;MATLAB;仿真;直流调速系统;直流脉宽调制;工程设计方法ABSTRACTIn order to raise application efficiency of the motion control system in actual project ,this article discussed the engineering design methods of the speed-governing system of DC motor. The mathematical modeling and system simulation of direct current governor system are researched by means of MATLAB platform . The simulation method can adjust the system controller parameters flexibly, so as to achieve the ideal design results, and the design of the system are analyzed.A controller design method is the principles of:(1)The concept of clear, easy to understand.(2)Simple formula, easy to remember.(3)Not only gives the parameter calculation formula, and indicates the parameter adjustment direction.(4)Can consider the saturation nonlinear control, and gives a simple formula.(5)Suitable for all kinds of feedback control systems can be simplified into a typical system.Because this subject is relatively simple, I joined the correlation content inside to enrich the breadth and depth of the subject. In this design, I added three simple single loop DC speed regulation system, and then analyze them, compared to find their deficiencies, and thus more clearly showed the superiority of double closed loop DC speed regulating system. And through the simulation analysis of two kinds of typical double loop DC speed control system, so as to better understand and use the double loop DC speed control system.Keywords: DC motor, double closed loop,MATLAB,Simulation,V-M,PWM-M,The engineering design method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 直流调速系统国内外研究现状 (1)1.3 研究双闭环直流调速系统的意义 (2)1.4 论文的主要研究内容 (2)第二章仿真软件以及相关硬件简介 (3)2.1 MATLAB/Simulink仿真平台 (3)2.2 仿真的数值算法 (3)2.3 工程设计法 (4)2.4 直流电动机 (4)第三章简单闭环调速系统的设计与仿真 (5)3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (5)3.2 单闭环无静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (11)3.3 带电流截止负反馈的转速反馈系统的设计与仿真 (13)3.4 简单闭环调速系统的优缺点比较 (15)第四章转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 (17)4.1 转速、电流双闭环调速系统的设计与仿真 (17)4.2 V-M直流调速系统的设计与仿真 (19)4.3 PWM-M直流调速系统的设计与仿真 (26)第五章总结与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1 课题研究背景在现代化的工业生产过程中,许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节,并且要求有良好的稳态、动态性能[4]。
华中科技大学硕士学位论文双馈异步电机双PWM变流器控制的仿真研究姓名:***申请学位级别:硕士专业:水利水电工程指导教师:***2011-03华中科技大学硕士学位论文摘要双馈异步电机双PMW(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)变流器以两个完全对称的PWM变流器通过直流母线连接而成,其输出作为双馈异步电机转子的输入直接控制着双馈异步电机的运行状态,双馈异步电机运行控制的核心就是其变流器的控制。
鉴于此,本文对双馈异步电机双PWM变流器控制进行仿真研究。
本文首先分析了双PWM变流器的特点,阐述了双馈异步电机双PWM变流器的工作原理,然后建立了双PWM变流器在三相静止坐标系下的数学模型,再利用坐标变换理论,进一步建立了双PWM变流器在两相静止坐标系以及两相旋转坐标系下的数学模型。
依据建立的数学模型,在介绍了矢量控制原理的基础上,确定了网侧变流器电网电压定向的矢量控制策略,建立了网侧变流器的控制模型,并根据控制模型设计出了网侧变流器的控制框图。
然后,本文建立了双馈异步电机的数学模型,并以此为基础确定了机侧变流器定子磁链定向的矢量控制策略,建立了机侧变流器的控制模型,并据此设计出了机侧变流器的控制框图。
最后,本文根据设计的控制框图利用MATLAB/LIMULINK仿真软件建立了网侧变流器和机侧变流器的仿真模型,并在此基础上建立了双PWM变流器的仿真模型,利用仿真模型对前面建立的控制模型进行了仿真研究。
仿真结果显示网侧变流器控制和机侧变流器控制都达到了控制目标。
关键字:双馈异步电机;双PWM变流器;控制;仿真华中科技大学硕士学位论文AbstractThe dual-PMW converter which used in the Doubly-Fed Induction Generator is consisted of two fully symmetrical PWM converters; these two converters are connected through a DC bus. The output of the generator-side converter, which is the input of the rotor, directly controls the running of the Doubly-Fed Induction Generator. The dual-PMW converter control is the core of the Doubly-Fed Induction Generator running control. In view of this, the paper attempt to do some simulation research of the control of dual-PMW converter, which is used in the Doubly-Fed Induction Generator.Firstly, the characteristics of the dual-PWM converter were analyzed in this paper, and the work principle of the dual-PMW converter was elaborated. Then the paper established the mathematical model from three-phase static coordinate system of the Doubly-Fed Induction Generator.According to the coordinate transformation theory, the paper further established the mathematical model of the Doubly-Fed Induction Generator from the two-phase static coordinate system and the two-phase rotating coordinate system. Based on the mathematical model, after the introduction of the principle of vector control, the paper identified the power grid voltage vector orientation as the method of the control of grid-converter, then established the control model of the grid-side converter, and designed the control diagram of the grid-side converter. Next, the paper established the mathematical model of the Doubly-Fed Induction Generator. Based on the mathematical model, stator flux vector orientation was identified as the control fashion of generator-side converter, then control model was established and control diagram was designed, too.Finally, in use of the MATLAB/LIMULINK simulation software, according to the control diagram, the paper established the simulation model of the dual-PMW converter. In the light of the simulation model, the paper did a series of simulation studies. The simulation results showed that the control targets of the grid-side converter and the generator-side converter wear achieved successfully.Key words: DFIG; dual-PMW converter; control; simulation独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
毕业设计论文直流电动机双闭环调速系统的动态特性研究与仿真摘要直流电动机具有良好的起、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟,是研究其它调速系统的基础。
而用MATLAB软件对直流调速系统进行虚拟环境下的仿真研究,不仅使用方便,也大大降低了研究成本。
本文叙述了直流电动机的基本原理和调速原理,介绍了直流电动机开环和双闭环调速系统的组成及静、动态特性,并且根据直流电动机的基本方程建设立了调速系统的数学模型,给出了动态结构框图,用工程设计方法设计了直流电动机双闭环调速系统。
最后,用MATLAB仿真软件搭建了仿真模型,对调速系统进行了仿真研究。
通过对直流电动机双闭环调速系统动态特性的研究与仿真,可以清楚地看到,直流电动机双闭环调速系统具有较好的动态性能,可以在给定调速范围内,实现无静差平滑调速,这为直流电动机调速系统的硬件实验提供了理论依据。
关键词:直流调速,双闭环系统,电流调节器,转速调节器,计算机仿真Simulation Research on Speed Regulation System of DoubleClosed Loop of DC MotorAbstractKey words: Speed control of DC-drivers,Double-closed-loop,Current regulator,Speed regulator,Computer simulation目录1.绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2课题研究的目的和意义 (2)1.3论文的主要内容 (3)2.直流电动机调速系统 (4)2.1 直流电动机简介 (4)2.1.1 直流电动机的工作原理 (4)2.1.2 直流电动机的运行特性 (5)2.1.3 直流电动机的起动与调速 (6)2.2 转速控制的要求和调速指标 (7)2.3 开环调速系统及其存在的问题 (9)2.4 单闭环直流调速系统及动态校正 (10)2.5 双闭环直流调速系统 (10)2.5.1 双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (10)2.5.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能 (14)2.5.3 双闭环调速系统的工程设计方法 (15)2.5.4 双闭环调速系统的设计 (22)3.直流电动机双闭环调速系统的仿真与研究 (33)3.1 MATLAB简介 (33)3.2 双闭环调速系统的仿真 (35)3.3 仿真结果分析 (43)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)1.绪论1.1 课题背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
哈尔滨剑桥学院毕业设计论文题目:双馈电动机调速控制的实验研究学生:郑昊指导教师:王美夏教授专业:电气工程及其自动化班级:电气08-3班2012年5月毕业设计任务书毕业设计审阅评语毕业设计答辩评语及成绩双馈电动机调速控制的实验研究摘要双馈电机是结合异步电机和同步电机的优点而发展起来的一种新型电机。
它不仅可以满足一般场合机械调速的需要,而且能通过调节转子电压幅值和相位来实现电机定子侧功率因数的调节,另外还可应用于变速恒频发电系统。
双馈电机能工作在超同步发电、超同步电动、亚同步发电以及亚同步电动等多种状态,具有良好的运行性能和较高的调节效率,具有非常广阔的发展前景。
本文主要对绕线式异步电动机双馈调速系统进行了相关的研究。
首先,论述了绕线式异步电机的运行原理和调速机理,根据电机运行时定转子电流产生的旋转磁场相对静止的关系,推导出双馈电机的运行原理,然后讨论了双馈电机的转速调节问题,得出了调节双馈电机转速的方法,并分析各种运行方式下的运行特性。
根据分析得出电机稳态的等效电路、综合矢量图、能量流图,并对双馈电机励磁变频器的选择做出了相关分析。
最后以双馈电机运行原理为出发点,设计了一个具体的调速实验方案。
关键词:绕线式异步电动机;双馈电机;旋转磁动势;转速调节;变频Experimental study of double-fed motor speed controlAbstractDoubly-fed motor is a new type of motor which combines the advantages of the traditional induction motor and synchronous motor. Not only it can fulfill the need of general mechanical variable speed system,but also can supply reactive power to power system by modulating the frequency and phase of the rotor current. Besides, it can be used in variable speed constant frequency power generation. Doubly-fed motor can be operated as super-synchronous speed generator, super-synchronous speed motor, sub-synchronous speed generator and sub-synchronous speed motor. It has better behavior and higher efficiency, which is provided with wide prospects of industrial application.This thesis processes some research on the doubly-fed wound rotor asynchronous motor system. Firstly, the operational principle and the speed regulation mechanism of wound rotor asynchronous motor is discussed, based on the theory of the rotary magnetic fields keep relatively static which is generated by the current of the stator and rotor when the motor is operation, the operational principle of the doubly-fed motor is derived, then the speed adjustment issue of doubly-fed motor is discussed, the method of the speed adjustment of doubly-fed motor is come out. And the operating characteristic of each operation modes is analyzed. This thesis also obtains the equivalent circuit of motor when is steady-state operation, the synthesis vector chart, the energy flow graph, and the analysis on the choice of excitation converter to the double-fed motor is done. Finally, based on the double-fed motor operational principle, a concrete testing plan is made.Key words:wound rotor asynchronous motor; doubly-fed motor;rotating magnetomotive force ;rotational speed adjustment; frequency conversion目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2 双馈电机的发展概述 (2)1.2.1 双馈电机的发展及国内外研究现状 (2)1.2.2 双馈电机的应用前景 (2)1.3本文主要工作 (3)2 绕线式异步电机电机原理 (4)2.1三相绕线式异步电机结构 (4)2.2 异步电动机运行原理 (5)2.2.2 绕线式异步电机简单工作原理 (7)2.2.3 异步电动机运行时电磁关系 (8)2.3 绕线式异步电动机的调速 (14)2.3.1 降低定子绕组电压调速 (14)2.3.2 转子回路串电阻调速 (14)2.3.3 异步电动机变频调速 (15)2.4 本章小结 (18)3 双馈电机原理 (19)3.1 双馈电机转子绕组中的电流原理 (19)3.1.1 “亚同步”运行时转子绕组电流关系 (19)3.1.2 “超同步”运行时转子绕组电流关系 (22)3.2 双馈电机角速度及频率原理 (23)3.3 实际工作中的状态 (24)3.4 双馈电机稳态运行分析 (24)3.4.1 电机稳态的等效电路 (24)3.4.2 双馈电机综合矢量图 (25)3.4.3 双馈电机能量流图 (26)3.5 励磁变频器的选择 (28)3.6 本章小结 (30)4 双馈电机调速控制实验 (31)4.1 双馈电机实验台架的搭建 (31)4.2 确定双馈电机转子施加电压与频率的实验 (31)4.3 双馈电机调速实验方案 (34)4.4 本章小结 (36)结论 (37)致谢 (39)参考文献 (40)双馈电动机调速控制的实验研究1绪论1.1课题背景双馈电机是近年来发展起来的一种新型电机,是在绕线式异步电动机转子绕组上通入一定频率的交变电流,以实现改变异步电动机转子转速的目的。
摘要目前,双馈电机最大的优点在于可以将转差功率馈送至电网中,或者是由电网馈入。
双馈电动机调速系统由于具有可靠性高、成本低等优点,并且能够通过调节转子侧变频器的幅值、相位以及频率来调节双馈电动机定子侧无功功率,因此被广泛应用于交流电机调速领域。
本文主要研究双馈电动机调速系统控制策略及其仿真。
本文首先简单地介绍了双馈电动机调速系统的基本工作原理,分析、讨论了双馈电动机在不同工况下运行时的功率流动关系,接着详细地推导出双馈电动机在三相静止坐标系上的数学模型。
然后采用定子磁链定向,推导出双馈电动机在同步旋转坐标系MT上的数学模型。
本文采用双馈电动机转速与定子侧无功功率作为外环控制目标、转子电流在M、T轴上的分量作为内环控制目标的双闭控制系统。
该控制策略能够独立地调节双馈电动机转速与定子侧无功功率,且能够实现双馈电动机在次同步、超同步状态下运行。
然后在 MATLAB 中的 simulink 环境下搭建了双馈电动机调速系统的仿真模型并进行仿真分析,验证了所用控制策略的可行性。
关键词:双馈电动机,矢量控制,仿真AbstractAt present, the biggest advantage of doubly-fed electric machine is that it can make the slip power feed to the grid, or eed it from grid. The double-fed electric machine speed control system has high reliability and low cost advantages, and it can change the double-fed electric machine stator side reactive power by adjusting the amplitude, phase and frequency of the rotor side converter, so it is widely used in the field of motor control.This paper mainly studies the control strategy of double-fed electric machine speed control system and its paper first briefly describes the basic working principle of the double-fed electric machine speed control system, analyzes and discusses the power flow of the doubly-fed electric machine in the run-time under different conditions ,then deduces the mathematical model of the doubly-fed electric machine in three-phase stationary coordinate system in uses the double-loop control system of using the speed of the double-fed electric machine and reactive power of the stator-side s control targets in the outer ring and the component of rotor current in the M, T-axis as inner control objectives. And this control method can independently adjust the motor speed and the reactive power of the stator side of double-fed electric machine ,and double-fed electric machine can achieve running in the sub-synchronous and super-synchronous state.Then it builds a double-fed electric machine speed control system simulation model in MATLAB simulink environment, simulation results are analyzed to verify the feasibility of the control strategy used.Key Words: doubly-fedelectric machine, field oriented control,simulation目录1绪论 0 0 (1) (2)2双馈电机的数学模型及其功率流程分析 (3) (3)变频器 (4) (5)三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (6) (10)3双馈电机的矢量控制技术 (13) (13) (15)基于定子磁链定向的双馈电机的控制策略 (18)双馈电机整个系统的控制策略 (20)4双馈电机调速系统的仿真 (22)Simulink下仿真模型的搭建 (22) (24)5总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1绪论目前,随着电力电子技术、控制理论的发展,交流电机调速在电力电子与电气传动领域得到了广泛的应用,从而逐步取代了直流电机调速的地位。
摘要目前,双馈电机最大的优点在于可以将转差功率馈送至电网中,或者是由电网馈入。
双馈电动机调速系统由于具有可靠性高、成本低等优点,并且能够通过调节转子侧变频器的幅值、相位以及频率来调节双馈电动机定子侧无功功率,因此被广泛应用于交流电机调速领域。
本文主要研究双馈电动机调速系统控制策略及其仿真。
本文首先简单地介绍了双馈电动机调速系统的基本工作原理,分析、讨论了双馈电动机在不同工况下运行时的功率流动关系,接着详细地推导出双馈电动机在三相静止坐标系上的数学模型。
然后采用定子磁链定向,推导出双馈电动机在同步旋转坐标系MT上的数学模型。
本文采用双馈电动机转速与定子侧无功功率作为外环控制目标、转子电流在M、T轴上的分量作为内环控制目标的双闭控制系统。
该控制策略能够独立地调节双馈电动机转速与定子侧无功功率,且能够实现双馈电动机在次同步、超同步状态下运行。
然后在 MATLAB 中的 simulink 环境下搭建了双馈电动机调速系统的仿真模型并进行仿真分析,验证了所用控制策略的可行性。
关键词:双馈电动机,矢量控制,仿真AbstractAt present, the biggest advantage of doubly-fed electric machine is that it can make the slip power feed to the grid, or eed it from grid. The double-fed electric machine speed control system has high reliability and low cost advantages, and it can change the double-fed electric machine stator side reactive power by adjusting the amplitude, phase and frequency of the rotor side converter, so it is widely used in the field of motor control.This paper mainly studies the control strategy of double-fed electric machine speed control system and its simulation.This paper first briefly describes the basic working principle of the double-fed electric machine speed control system, analyzes and discusses the power flow of the doubly-fed electric machine in the run-time under different conditions ,then deduces the mathematical model of the doubly-fed electric machine in three-phase stationary coordinate system in detail.It uses the double-loop control system of using the speed of the double-fed electric machine and reactive power of the stator-side s control targets in the outer ring and the component of rotor current in the M, T-axis as inner control objectives. And this control method can independently adjust the motor speed and the reactive power of the stator side of double-fed electric machine ,and double-fed electric machine can achieve running in the sub-synchronous and super-synchronous state.Then it builds a double-fed electric machine speed control system simulation model in MATLAB simulink environment, simulation results are analyzed to verify the feasibility of the control strategy used.Key Words: doubly-fedelectric machine, field oriented control,simulation目录1绪论 (1)1.1双馈电机的发展状况 (1)1.2双馈电机控制策略 (2)1.3本文的主要内容 (3)2双馈电机的数学模型及其功率流程分析 (4)2.1双馈电机调速的工作原理 (4)2.2 变频器 (5)2.3双馈电机调速的运行工况分析 (6)2.4 三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (7)2.5坐标变换 (11)3双馈电机的矢量控制技术 (15)3.1矢量控制简介 (15)3.2定子磁链定向下的双馈电机矢量控制 (16)3.3 基于定子磁链定向的双馈电机的控制策略 (20)3.4 双馈电机整个系统的控制策略 (22)4双馈电机调速系统的仿真 (24)4.1 Simulink下仿真模型的搭建 (24)4.2仿真结果及分析 (26)5总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)1绪论1.1双馈电机的发展状况目前,随着电力电子技术、控制理论的发展,交流电机调速在电力电子与电气传动领域得到了广泛的应用,从而逐步取代了直流电机调速的地位。
所谓双馈电机是指将异步电机的定子绕组、转子绕组都与交流电网或含电动势的回路相连接,使它们可以进行能量的双向流动。
双馈电机也称交流励磁电机,它是由电机本体与交流励磁自动控制系统构成的。
双馈电机是电机技术、电力电子与电力传动技术、以及现代控制技术发展而来的产物。
双馈电机的定子端与50Hz的大电网直接相连接,而转子端与幅值、相位以及频率均可调节的交流电源相连接。
通过调节转子端励磁电流幅值大小、相位以及频率,可以使得双馈电机在电动状态或发电状态下运行,同时转速的大小也可以调节,且定子端输出的电压和频率可以保持不变,因此,它在提高系统的稳定性时又可以调节电网的功率因数。
双馈电机同时具备同步电机的特点与异步电机的特点,可以在同步速上下运行,而且能够有效地调节无功功率,因此用途非常地广泛。
在双馈调速系统中,由于通过变频器的转差能量只是被控能量的一部分,所以所需变频器的容量可以小于电机的容量,这样可以大大地提高双馈调速系统的效率、节约成本。
双馈电机的调速范围可以达到 10%至60%,因此具备提高系统的工作效率、节约电能等优点。
当其作为电动机运行时,在不同的带载情况下,可以灵活地调节系统的无功功率和转速。
德国西门子、日本东芝和三菱、俄罗斯哈尔科夫电机制造公司已经制造了一系列的双馈电动机,例如:哈尔科夫公司已经生产了315kW 至 2000kW 的不同种类的双馈电动机,而且已经大量运用于各种交流调速传动领域中(如风机、泵类等负载)。
目前,美国、俄罗斯、澳大利亚等国家在创造无刷双馈电机,并能应用于交流调速或其他电力电子与电力传动领域。
双馈电机既可以实现变速恒频恒压发电,又能够实现调节功率因数,因此被广泛地应用于电力工业中。
80年代中期,前苏联开发了一台50MW水轮双馈发电机与一台200MW 的汽轮双馈电机,并分别能够被应用在实际生活中。
在80年代末90年代初,日本日立公司与东芝公司开发出不同种类的大功率的双馈发电机,并且已经投入到大型抽水蓄能电站中运用。
另外,国外也研究了风能电站、潮汐电站双馈发电机。
1.2双馈电机控制策略双馈电机控制策略是双馈电机调速系统的关键技术之一。
双馈电机主要有以下几种控制策略:矢量控制、直接转矩控制、直接功率控制等。
(1)采用矢量控制双馈电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量复杂系统。
如果不对其进行解耦控制,而在三相静止坐标系下直接对交流电流进行闭环控制,效果很不理想。
因此,很多学者开始对矢量控制进行研究。
在双馈电机调速系统中,矢量控制的基本方法是通过对双馈电机的定子电流进行分解,即分解为励磁电流与转矩电流,同时对这两个量的幅值与相位独立地控制,从而实现定子电流矢量的控制。
通俗地说,矢量控制为了达到对双馈电机高性能的调速,因此将磁链与转矩进行解耦控制,这样很容易设计两者的调节器。
矢量控制成功地解决了交流电动机定子电流转矩分量和励磁分量的耦合的难题,从而实现了可以实时地控制交流电动机的电磁转矩,急剧地提高了交流电动机变压变频调速系统的动态性能。
目前,交流电动机矢量控制系统的性能已经可以与直流调速系统的性能相媲美,甚至超过了直流调速的性能。
在双馈电机调速系统中可以作为定向矢量的主要有定子电压矢量、转子电压矢量、定子电流矢量、转子电流矢量、定子磁链矢量、转子磁链矢量,共 6 个基本矢量。
其中,定子电压定向和定子磁链定向比较常用。
(2)采用直接转矩控制与矢量控制不一样的在于直接转矩控制不是通过控制磁链、电流等量来间接控制转矩的,它是把转矩直接作为需要控制的量,并结合定子磁链定向控制,实现直接控制定子磁链和电磁转矩的。
此策略不需要复杂的坐标变换,而是在定子坐标轴上直接计算磁链的大小和转矩的大小,并通过磁链和转矩的直接跟踪来实现 PWM 脉宽调制、提高系统的高动态性能。
此方法缺点是低速性能较差,调速范围受到限制。
(3)采用直接功率控制在直接功率控制中,转子侧的开关动作是依靠检测定子侧的量来控制的,但没有对转子侧电压进行积分,并且该方法不需要使用位置传感器,因此该控制方法可使系统稳定工作,鲁棒性强。
直接功率控制可以通过调节有功和无功的 PI 调节器来跟踪参考值,从而控制发电机输出的有功和无功。
但也存在着一些不足之处,电网电压的波动会影响其控制的动态性能;在轻载时容易产生振荡,并且扰动观测法,即便在稳态时其功率的平滑度也会受到影响;有功功率判断的准确性会影响到对双馈发电机运行状态的判断。