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无刷双馈电机的建模与仿真 爆1龟扎(EXPLOSION—PROOFELECTRICMACHINE)2011年第5期第46卷(总第162期) 无刷双馈电机的建模与仿真 靳雷,陆晓强 河南质量工程职业学院,河南平顶山(467001) 摘要简要介绍了无刷双馈电机的结构及工作原理,建立了基于转子速坐标系的d-q轴无 刷双馈电机数学模型,根据所得的数学模型,对电机的一些运行状态,采用Matlab/Simulink进行了 计算机仿真研究,仿真结果验证了数学模型的正确性,并得到了一些有益的结论. 关键词无刷双馈电机;转子速;数学模型;仿真 中图分类号:TM301.2文献标识码:A文章编号:1008-7281(2011)05-0025-04 ModelingandSimulationofBrushlessDoubly-FedMachine J/nLeandLuXiaoqiang AbstractThispaperbrieflyintroducesthestructureandworkingprincipleofbrushless doubly—fedmachine.Amathematicalmodelofthemachinebasedontherotorspeedd-qcoordi— natehasbeenestablished.Basedontheobtainedmodel,thecomputersimulationresearchon somerunningstatusesofthemotoriscarriedoutbyMatlab/Simulink.Thesimulationresults haveverifiedcorrectnessofthemathematicalmodelandsomebeneficialconclusionshavebeen obtained. KeywordsBrushlessdoubly—fedmachine;rotorspeed;mathematicalmodel;simulation 0引言 无刷双馈电机(BDFM)作为一种新型电机, 它的定子上装有两套不同极数的三相对称绕组, 一 套接至工频电源称为功率绕组(主绕组);一套 接至变频电源称为控制绕组(副绕组)…. 这种无刷双馈电机与一般电机相比,在运行 时要求容量较小的变频器,降低了系统成本,它既 可运行于亚同步速也可以运行在超同步速,同时 电机本身没有滑环和电刷,既降低了电机的成本, 又提高了系统运行的可靠性,比较适合于变速恒 频恒压发电领域,特别适用于风力发电,水力发电 等可再能源的开发,利用.』. 1无刷双馈电机的极调制原理 无刷双馈电机结构见图1. 朗 图1无刷双馈电机结构原理图 当功率绕组接人工频电源,控制绕组接人变 频电源后,由于两套定子绕组同时有电流流过,因 此在气隙中产生两个不同极对数的旋转磁场,这 两个磁场通过转子的调制发生交叉耦合,在转子 中产生相同极对数和转速的旋转磁场,从而使两 个原本不会发生直接磁耦合的定子磁场通过转子 的中介发生了磁耦合,使能量在两不同极对数,不 同旋转速度的定子磁场以及转子磁场之间发生传 递转换.转子的这种中介作用被称为极调 制机理. 根据极调制原理可知,电机稳定运行时, 定子功率绕组和控制绕组在转子绕组中感应的电 流频率应相等,因此转子运行频率为 ,:量 PD+pc 式中一转子运行频率,功率绕组电源频率 及控制绕组电源频率,所以转子机械转速n为 60(±) n一=——————一 PP+p (2) 式(2)中的±号取决于定子两套绕组的相 对相序.当功率绕组电源和控制绕组电源相序相 反时取+号,反之取一.当:0时的转子 机械转速称为自然同步速.前取负号的速度,称 25 第461(期)(ExPLos10N—PR00FELECTRICMACHINE)爆晓机第46卷(总第162期)(EXPLOS10N—PR00F)r万I|l艺U 为亚同步速,反之称为超同步速. 由式(2)可以看出,无刷双馈电机作电动机运 行时,可通过调节控制绕组的供电频率来调节转 子转速,作发电机运行时,在不同机械转速下调节 控制绕组的供电频率,可保证定子功率绕组输出恒 定频率的交流电能,即实现了变速叵频发电. 2无刷双馈电机的转子速d—q模型 对无刷双馈电机来说,两个子系统通过转子 绕组发生耦合,在转子绕组上建立一个合适的坐 标系统将给无刷双馈电机的数学模型的建立和分 析带来方便,这样转子速d.q坐标轴将是最好的 选择.假定转子以逆时针方向旋转,由于无刷双 u印 由 U Udc 0 0 rp+pL 一 Pp,L O 0 pMnr 0 Pp(cJ,L rp+pL 0 0 0 pMDr 0 0 P,L r+pL 0 pM, 式中,rP,L,,￡,一