考虑磁滞非线性的双馈调速系统的建模与仿真研究

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双馈电机调速系统是在转子侧加入交流励磁对电机速度进行控制的一种变频调速系统,整个系统包含电机本体和控制系统两大部分。与定子侧变频调速不同,双馈调速系统的变频装置有电压低、功率因数可调节、容量小、调速性能优越等优点。但双馈调速系统中的交流电机却存在磁滞和饱和等非线性因素,这一问题也成为阻碍电机发展的重要问题之一。了解并解决磁滞非线性问题在电机研究中显得十分重要。
  众所周知,能源短缺是当今世界各个国家所面临的问题,而电机损耗造成了很大的能源浪费。因此解决电机磁滞非线性问题以提高电机运行效率,提高能源利用率不仅是电机发展上很关键的问题,也对整个国家有重大的经济和社会效益。为解决交流电机磁滞及饱和问题,首先要对电机的磁特性进行深入了解,建立有效的电机模型。本文采用引入非线性磁链对线性磁链的导数的因子的方法将原有的非线性电机模型线性化,从而建立起较为准确的有效的考虑磁滞及饱和非线性电机数学模型。通过建立的数学模型在Matlab/Simulink仿真平台中仿真,验证仿真结果是否与理论分析一致。
  将建立好的电机模型应用于双馈调速系统中,建立考虑磁滞非线性的双馈调速系统。主电路采用交-直-交拓扑结构,构建了双馈电机控制用的变换器,变换器包含AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块两个部分。其中,AC/DC模块采用矢量控制技术进行控制,采用SVPWM脉宽调制方式驱动整流器。DC/AC逆变器采用定子磁场定向的矢量控制方式,将M—T轴坐标系的M轴与定子磁链ψl重合,使有功分量和无功分量可以分别控制。按照定子磁场定向方式,采用双闭环的控制结构,以双馈电机的转速和定子侧无功功率为控制目标构成控制外环,控制内环中是将转子实际电流经坐标变换后的电流与参考电流值比较,经过PI调节器输出参考电压值,通过矢量反变换,将调制信号送入SVPWM控制器,产生触发脉冲。双闭环控制控制有利于提高双馈电机的响应速度,经仿真验证控制策略的正确性。
  仿真模型包含有考虑磁滞非线性的电机本体、主电路、控制电路。电机模型采用的是自建的磁滞非线性电机,为了保证信号类型的一致性,变频器模块也采用具有弱电接口的基本模块搭建,仿真结果显示这种方法是可行的。
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