雙饋電動機調速系統控制策略的研究及其仿真畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 圖 功率流程圖 （2）電機在超同步轉速下作電動運行 假設電機作電動運行，轉子側串入了同相的附加電動勢+Eadd，軸上拖動恒轉矩的反抗性負載。我們知道，只要不斷增加+Eadd，就能夠增大電機的轉速。當電機運行在接近額定轉速時，如果繼續增大+Eadd，電機將加速到 s0 的新的平衡狀態下運行，即電機在超過其同步轉速下穩定運行。此時電機轉速雖然超過了其同步轉速，但它仍然拖動著負載作電動運行。由于 PmsPm=(1s)Pm，由此可知，電機軸上的輸出功率是由定子側輸入功率、轉子側輸入功率兩部分合成的，此時電機工作在定子、轉子同時輸入的狀態。其功率流程圖如下圖 23 所示，其中 CU 為功率變換單元。 CU圖 功率流程圖 三相異步電動機的多變量非線性數學模型 雙饋電機的電機本體是三相異步電動機，在研究異步電動機的多變量非線性數學模型時，為了研究的方便，常作以下的假設： （1)忽略空間諧波和齒槽效應，三相繞組對稱(在空間上互差120度的電角度)，所產生的磁勢沿氣隙圓周按正弦規律分布。 (2)忽略磁路的飽和，各繞組的自感系數都是恒定的。 (3)忽略鐵心損耗。 (4)不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。 無論電動機的轉子是繞線型的還是籠型的，都將它等效成三相繞線轉子，并折算到定子側，折算后的定子和轉子繞組匝數都相等。定子三相繞組軸線A、B、C在空間上是固定的，以A軸為參考軸，轉子繞組軸線a、b、c隨轉子旋轉，轉子a軸和定子A軸間的電角度θ為空間角位移變量，轉子本體相對于定子本體的旋轉電角速度。ACbaBc 規定定子、轉子繞組的電壓、電流、磁鏈的正方向按照右手螺旋定則規定，并采用電動機慣例，認為正向電壓產生正向電流，而正向電流產生正向磁鏈。這時，異步電動機的數學模型由下述電壓方程、磁鏈方程、轉矩方程和運動方程組成。 (1)電壓方程三相定子繞組的電壓平衡方程和三相轉子繞組折算到定子側后的電壓方程寫為矩陣形式為： (22)其中： 定子和轉子相電壓的瞬時值； 定子和轉子相電流的瞬時值； 定子和轉子繞組電阻； 各相繞組的全磁鏈； (2)磁鏈方程 （23）其中： 由于折算后定、轉子繞組匝數相等，且各繞組間互感磁通都通過氣隙，磁阻相同，故認為定子繞組最大互感與轉子繞組最大互感相同。式中： ——定、轉子繞組的互感最大值； ——定子繞組的自感； ——轉子繞組的自感； ——轉子位置。(3)轉矩方程傳動系統的運動方程為: (24) (4)運動方程 傳動系統的運動方程為: (25) 式中： ——負載阻轉矩； J——機組的轉動慣量； D——與轉速成正比的轉矩阻尼系數； K——扭轉彈性轉矩系數； P——極對數。 對于恒轉矩負載，D=0，K=0，則上式可變為 (26) 由此可見，在三相靜止坐標系上，雙饋電機的數學模型是一個具有多個變量、強耦合的、非線性的高階復雜系統。對這個非線性的復雜高階系統，直接求解是很麻煩的。為了使雙饋電機數學模型呈可控性、可觀性的特點，對其進行簡化、解耦控制使其成為一個解耦的線性系統。因此，可以采用坐標變換方法將其簡化、解耦。（3s/2s）BB、B、C各相磁勢矢量的空間位置以及可以將其等效為兩相定子繞組α、β中各相磁勢矢量，為了便于分析，令三相繞組的A軸與兩相繞組的α軸重合。 定子繞組在不同坐標系下磁勢的空間矢量位置 如果假定磁勢波形只計基波分量或按正弦分布，在這兩者的旋轉磁場完全等效時，合成磁勢在相同軸向的分量一定相等，也就是說沿α 軸以及β 軸上三相繞組和兩相繞組的瞬時磁勢的投影值應該是相等的，則有下列式子成立： (27) (28) 其中，N2為兩相電動機的每相定子繞組的實際匝數，N3為三相電動機的每相定子繞組的實際匝數。然后依據電流變換矩陣為正交矩陣的原則（推導過程略），則可以確定兩相靜止坐標系到三相靜止坐標系的變換矩陣為： (29) 三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換矩陣為： (210)(2s/2r) 按照上述的思路，同理，dq 軸系到α、β軸系的坐標變換矩陣為： （211）其中，為 d 軸與α軸之間的夾角，則α、β軸系到 dq 軸系的坐標變換矩陣為： （212） 雙饋電機在dq 坐標系下的數學模 前面我們已經推導出雙饋電機在三相靜止坐標系下的數學模型，通過坐標變換，可以得出雙饋電機在d、q坐標系下的數學模型（推導過程略），下面繼續討論雙饋電機在 d、q 坐標系下的數學模型。 （1）磁鏈方程 雙饋電機在 d、q 坐標系下的磁鏈方程為： （216）其中、分別為dq坐標系下定子電流和磁鏈的分量；、 分別為dq坐標系下轉子電流和磁鏈的分量；LL2分別是定子繞組和轉子繞組在dq坐標系中的自感；Lm是定子繞組、轉子繞組之間在 dq 坐標系中的互感系數。 （2）電壓方程雙饋電機在 d、q 坐標系下的電壓方程為： （217） 其中，UdUq1為別為dq坐標系下的定子電壓的分量；ω1 等于定子電壓頻率的同步角速度，是dq坐標系相對于定子A相軸線的旋轉角速度；UdUq2分別為dq坐標系下的轉子電壓的分量；為轉差角速度，是dq坐標系相對于轉子的角速度，是轉子的旋轉角速度。 （3）轉矩方程雙饋電機在d、q坐標系下的轉矩方程為： （218）其中，Tem為電磁轉矩；np為電機的極對數。 （4）運動方程 雙饋電機在d、q坐標系下的運動方程為： （219）其中，TL 為負荷轉矩。J 為電機及負載的轉動慣量；D 為運動阻尼系數。 （5）有功功率、無功功率的計算 雙饋電機在d、q坐標系下的定子側、轉子側的有功功率和無功功率的計算如下： （220） 以上計算式為雙饋電機在d、q坐標系下的數學模型。3雙饋電機的矢量控制技術