双馈电机定子磁场定向矢量控制

东汽FD77双馈式变速恒频风力发电机的控制策略作者：张玉辉陈琳琳来源：《电子技术与软件工程》2016年第19期摘要在分析了东汽FD77双馈式变速恒频风力发电机控制方法的基础上，从而建立了交直交变流器网的测电压电路以及转而开始测定子序磁场定向的矢量方向的磁场。

对系统的VSCF控制、并网控制技术进行了实验研究，结果表明，该系统能够，减小输出滤波电感的压降，提高了系统动态响应能力，输入输出有功、无功功率可以独立调节。

【关键词】电机风力发电交直交变流器变速恒频目前最常用的网侧控制策略是以坐标变换理论为基础的双闭环控制，来实现对有功无功功率的控制。

由于谐波的幅值以及电压频率的快速变化，用作励磁电源时会在发电机定子侧产生大量空载谐波电压，极大程度上影响了电波输出的频率，甚至是导致了并网的困难。

双馈风力发电系统变流器网侧采用PWM矢量控制，变流器转子侧则采用了定子磁场定向的去测量磁力。

并且具有双向的功率移动，输入以及输出的功率可以自行进行调节，具有不明显的谐波和闪现，可以大范围的使用。

1 系统构成双馈发电机交直交双PWM变流器则由一对三相整流/逆变器组成，二者之间由电容直流母线连接、双DSP控制器、并网保护装置以及虚拟变速风机等部分组成。

在其中的功率器械利用的是IPM模块，这个变流器的一侧利用三厢的电杆接入电网，另一侧则通过滑环和电刷接入双馈发电机的转子绕组。

并网保护装置包括转子接触器和定子接触器两个部分双馈发电机定子按星型连接，其结构示意图如图1。

2 双馈电机矢量控制2.1 双馈电机矢量控制原理交流电机转子电压含有基波和大量谐波的正、负序及零序分量。

由于零序电压在电机中产生不了零序电流，但过气隙的磁通为零。

忽略铁心的非线性饱和，将电磁曲线线性化处理，去除漏感的影响，仅仅是对电阻进行改正。

这样就可以吧交直交变流器输出的基波和各次谐波电压看做成单独在电机等效电路的转子侧电源，根据这个来计算分流、转矩和他的功率以及使用的损耗。

一种双馈电机转子电流定向的矢量控制方法陈显彪【摘要】针对以往双馈电机转子电流定向矢量控制方法中,由于电机会变得不稳定而无法实现超同步工况的问题,提出了一种改进的双馈电机转子电流定向控制方法,并应用MATLAB/Simulink对该方法进行了仿真分析,给出了仿真波形,验证了该控制方法的正确性.%It will be unsteady under super-synchronization by the vector control method for doubly-fed machine based on the rotor current orientation previously. On account of this, an improved method was given. Simulation analysis based on the method was carried out byMATLAB/Simulink and simulating waveforms were given to prove the correctness of the method.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2012(039)003【总页数】4页(P19-21,43)【关键词】双馈电机;矢量控制;转子电流定向;仿真【作者】陈显彪【作者单位】南昌工程学院机械与电气工程学院,江西南昌330099【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言双馈电机具有良好的调速性能、效率高、可改善功率因数和提高电网的稳定性等特点，特别适合于风机、水泵、压缩机等机械的调速传动[1]在双馈调速系统的设计和研究中，为了使系统的动、静态性能达到最佳，通常采用矢量控制的方法。

其核心思想是将交流电机的电流矢量分解为相互独立的产生磁场的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，将磁链与转矩解耦，再根据磁场定向原理分别设计两者的调节器，分别控制两个分量的幅值和相位，从而实现对电机的高性能调速。

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。

1、双馈型风力发电系统的运行原理双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。

其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。

通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar 保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。

双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。

双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。

正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。

图1、双馈风力发电系统结构图双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，此时有如下数学关系表达式：12r n n n =±2160f n n f r p ±=1211r n n n s n n −==±式中，1n 、r n 、2n 分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转子电流频率，p n 为发电机极对数，ss n n n s −=为发电机的转差率。

由上式可知，当发电机转子转速r n 发生变化时，若调节转子电流频率2f 相应变化，可使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。

当r n <1n 时，电机处于亚同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，变频器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当r n =1n 时，2f =0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。

电机的磁场定向控制技术研究1. 引言电机是将电能转化为机械能的重要设备，在各个领域都有广泛的应用。

磁场定向控制技术是一种通过控制电机的磁场方向和大小来实现对电机性能的精确调节的方法。

本文将介绍电机的磁场定向控制技术的原理和应用。

2. 电机的磁场定向控制原理电机的磁场定向控制技术是基于磁场定向原理的。

磁场定向是指通过控制电机的磁场方向，使电机的输出转矩与给定转矩匹配的过程。

电机的磁场定向控制是通过改变电机的磁链定向来达到控制转矩和速度的目的。

电机的磁场定向控制基于两个关键技术：感应电动势矢量定向技术和电流矢量控制技术。

感应电动势矢量定向技术是通过测量电机的感应电动势，从而确定电机的转子位置和定子电流相位。

而电流矢量控制技术则是通过调节电机的相电流，来控制电机的磁场方向和大小。

3. 电机的磁场定向控制应用电机的磁场定向控制技术在工业自动化和交通运输等领域有着广泛的应用。

3.1 工业自动化在工业自动化领域，电机的磁场定向控制技术广泛应用于电动机驱动系统中。

传统的电机驱动系统需要通过传统的控制方法来控制电机的速度和力矩，而磁场定向控制技术可以实现对电机转矩和速度的高精度控制，从而提高了系统的动态性能、响应速度和稳定性。

3.2 交通运输在交通运输领域，电机的磁场定向控制技术被广泛应用于电动汽车和磁悬浮列车等交通工具中。

电动汽车采用电机的磁场定向控制技术可以实现对车速和驱动力的精确调节，从而提高了电动汽车的能效、续航里程和驾驶舒适性。

磁悬浮列车采用电机的磁场定向控制技术可以实现对列车的悬浮力和牵引力的精确控制，从而提高了列车的运行速度和安全性能。

4. 电机的磁场定向控制技术研究进展电机的磁场定向控制技术在近年来得到了广泛的研究和应用。

研究者们不断探索新的控制方法和算法，以提高电机的磁场定向控制性能。

4.1 磁场定向控制算法研究者们提出了多种磁场定向控制算法，如基于PID控制器的算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。

矢量控制对电机的精确定位和速度控制电机的精确定位和速度控制在现代工业中扮演着重要角色。

矢量控制技术作为一种先进的电机控制策略，为电机系统提供了更高的精确度和控制性能。

本文将介绍矢量控制对电机的精确定位和速度控制的原理和应用。

一、矢量控制的基本原理矢量控制是通过改变电机的定子电流和转子磁链方向来实现对电机的精确定位和速度控制的方法。

其基本原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 磁链定向矢量控制首先通过改变电机的定子电流，来使定子磁场的方向与转子磁场的方向相一致。

通过磁链定向，可以实现对电机磁场的精确控制。

2. 转子定向在定子磁链方向固定的基础上，矢量控制通过改变转子磁场的方向，即改变转子电流的相位和幅值，来实现对电机转子位置的控制。

转子定向是矢量控制中的关键步骤之一，通过定子和转子磁场的相互作用，可以实现电机的精确定位。

3. 相电压控制矢量控制在实际应用中，通常采用相电压控制的方式来控制电机的转矩和速度。

相电压控制通过改变电机的相电压大小和相位来控制电机的输出转矩和速度。

相电压控制可以根据实际需求实现电机的精确控制。

二、矢量控制的应用领域矢量控制技术已广泛应用于各个领域的电机控制中，包括工业生产、交通运输、家用电器等。

以下是矢量控制在几个常见应用领域的具体应用案例：1. 工业生产中的应用在工业生产中，电机的精确定位和速度控制对于提高生产效率和产品质量至关重要。

矢量控制技术可以应用于各种工业电机的控制中，例如机床、风机、泵等。

通过矢量控制，可以实现电机的精确位置控制和稳定速度调节，提高生产线的自动化水平和生产效率。

2. 交通运输中的应用交通运输领域需要对车辆的电机进行精确定位和速度控制，以提供稳定的动力输出和优化的能量利用。

矢量控制技术可以用于电动汽车、电动摩托车等交通工具的电机控制中，通过精确定位和速度控制，可以提高车辆的操控性能和节能效果。

3. 家用电器中的应用家用电器领域对电机的控制要求越来越高，要求电机能够提供稳定的转矩和精确的转速。

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。

双馈电机矢量控制调速系统研究与试验的开题报告一、研究背景和意义随着工业化的不断发展以及经济的快速增长，电机作为工业生产和生活中不可或缺的基础设施，其技术水平的不断提高和应用领域的不断扩展，已成为现代制造业的关键。

在调节电机的运行速度上，传统的直流调速系统已经不能满足工业控制的需求，矢量控制技术因其良好的性能和高效的控制方式而逐渐成为高性能电机调速的主流技术。

双馈电机是一种新型电机，其具有较高的效率，稳定性好，重载容量大等优点，并在风力发电、钢铁生产等行业有广阔的应用前景。

双馈电机的矢量控制调速系统是其关键技术之一，对于提高其性能和应用范围具有重要意义。

因此，本文旨在研究和设计一种双馈电机矢量控制调速系统，以实现对电机运行速度的高精度控制，并在工业应用中实现配套的试验验证，为双馈电机的应用提供技术支持和理论指导。

二、研究内容（1）对双馈电机及其特点进行深入研究，并对其矢量控制调速原理进行详细阐述。

（2）设计双馈电机矢量控制调速系统，包括硬件和软件部分，其中硬件部分包括电机选型、传感器选型、信号采集和放大电路设计等；软件部分包括矢量控制算法设计、程序编写等。

（3）试验验证：采用硬件和软件实现的双馈电机矢量控制调速系统进行调速试验，从稳态和动态两个方面对系统性能进行测试和验证，并对试验结果进行分析和总结。

三、研究方法和技术路线（1）研究方法：基于理论研究和实验验证相结合的方法，从双馈电机的特点及其矢量控制调速原理出发，设计和实现双馈电机矢量控制调速系统，并进行试验验证。

（2）技术路线：以双馈电机为研究对象，分析其特点，完成硬件和软件设计，实现调速系统。

试验验证所设计系统的功能和性能，从而得出相关数据及结论。

四、研究预期结果（1）完成对双馈电机及其矢量控制调速原理的深入研究；（2）设计并实现了一种双馈电机矢量控制调速系统，可实现对电机的高精度调速；（3）完成试验验证，得出系统的性能指标，为双馈电机的工业应用提供技术支持。

双馈风力发电机定子电压定向控制理解
双馈风力发电机定子电压定向控制是一种常用的控制方法，用于控制双馈风力发电机的转子转速和无功功率。

在双馈风力发电机中，定子绕组与电网相连接，转子绕组则通过转子电容器与定子绕组相连。

双馈风力发电机的转子转速和无功功率可以通过控制转子侧的无功功率和转子电容器的电压来实现。

定子电压定向控制是指通过控制定子侧的电压矢量的方向来控制转子的转速和无功功率。

具体来说，首先测量电网的电压矢量和电流矢量，然后通过电压定向控制器计算出所需的定子电流矢量，并控制定子侧的逆变器输出相应的电压，使得定子电流矢量的方向与所需的方向一致。

通过这种方式，可以实现对转子转速和无功功率的控制。

通过定子电压定向控制方法，可以实现对双馈风力发电机的无功功率和转速的精确控制，提高发电机的动态响应性能和稳定性。

同时，定子电压定向控制也可以实现对发电机的最大功率点跟踪，提高发电机的发电效率。

第七章磁场定向矢量控制系统判断题1.不同电机模型彼此等效的的原则是在不同的坐标系下所产生的磁动势完全一致。

√2.矢量控制系统可以分为电压型和电流型，现代牵引传动系统中，电流型矢量控制系统应用最为普遍。

⨯3.低速情况下，采用电压模型法观测转子磁链性能比采用电流模型法好。

⨯4.转子磁链准确的检测与计算是进行矢量变换控制的前提。

√5.直接矢量控制系统是转速和磁链闭环控制的矢量控制系统。

√6.CRH2型动车组在低速时采用异步调制，高速时采用分段同步调制，弱磁控制采用单脉冲控制。

√7.间接矢量控制系统是转速闭环、磁链开环控制的矢量控制系统。

√8.转子磁链观测模型中电流模型比较适用于微机数字控制。

⨯9.在电传动系统中，电机是实现机电能量转换的主体。

√10.转子系统与静止系统之间的变换是一种旋转变换，而不是静止的三相/两相变换。

√11.矢量控制是以定子磁链的矢量来定向的。

⨯12.电机转子时间常数会随着转子绕组温度而变化。

√13.德国的BR152电力机车采用的是间接矢量控制方式。

⨯14.一般情况下，我们希望电动机工作在额定满磁场的状态。

√15.直接转矩控制方式比矢量控制方式具有更优良的动、静态性能。

√选择题1.我国CRH2型动车组采用的控制策略是______（B）A. 恒压频比控制策略B. 转子磁场定向间接矢量控制策略C. 转子磁场定向直接矢量控制策略D. 直接转矩控制策略2.下面几种异步电机控制方式中，属于智能控制的是______（C）A. 恒压频比控制B. 直接转矩控制C. 人工神经网络控制D. 矢量控制3.下面几种转子磁链观测的方法中，哪一种是在两相旋转坐标系上实现的（D）A. 电压模型法B. 电流模型法C. 电压—电流模型法D. 根据指令电流和转速检测值计算磁链法4.在电压—电流转子磁链观测模型中，没有用到的信号是______（B）A. 定子电流信号B. 转子电流信号C. 定子电压信号D. 转速信号5.下列车型中，采用间接矢量控制的是______ （A）A. CRH2型动车组B. 德国BR152电力机车C. 奥地利1012电力机车D. CRH3型动车组6.在电力牵引交流传动电力机车和高速动车组上，异步牵引电动机控制方法经历了几个发展过程。