杨文杰[1]2007年在《异步电机与无刷双馈电机的直接转矩控制研究》文中研究指明直接转矩控制(Direct Torque Control，简称DTC)策略以其优良的转矩控制特性在交流电机的调速领域受到了普遍的关注。无刷双馈电机(Brushless Doubly-Fed Machine，简称BDFM)作为一种新型电机，结构简单、坚固可靠、具有异同步通用的特点，并且与普通异步电机相比，可以降低变频器的容量，因此，在大容量交流变速传动系统和变速恒频恒压的风力、水力发电系统中有广泛的应用前景。把直接转矩控制技术应用到无刷双馈电机，可以使二者的优点得以结合，对于交流调速领域具有重要意义。低速时转矩脉动大是传统直接转矩控制系统存在的主要问题，为此，国内外学者提出了基于转矩预测的直接转矩控制和基于离散空间矢量调制的直接转矩控制等多种方法，以减小低速时的转矩脉动。为了减小转矩和磁链脉动，本文在分析了直接转矩控制系统的转矩和磁链控制特性基础上，提出了一种估算转矩滞环和磁链滞环环宽的方法。为了改善传统直接转矩控制的低速性能，本文对基于转矩预测的直接转矩控制系统进行了研究，仿真和实验结果表明，该方法能有效的减小低速时的转矩脉动，并改善定子电流和磁链波形。为了简化结构和易于编程实现，本文提出了一种改进的转矩预测的直接转矩控制，经仿真和实验证明，该方法不仅保持了一般转矩预测法优点，还使得起动的快速性得到了提高。根据离散空间矢量调制思想，本文对一种改进的离散空间矢量调制的直接转矩控制系统进行了研究，仿真和实验结果表明，该方法同样可以有效地减小低速时的转矩脉动，改善定子电流和磁链波形，并使起动的快速性得到提高。本文在以DSP芯片TMS320LF2407A为控制核心的2.2kW电机实验台上对传统直接转矩控制、转矩预测的直接转矩控制、改进的转矩预测的直接转矩控制和改进的离散空间矢量调制的直接转矩控制四种方法进行了低速、中速范围内的加载、减载和起动实验。实验结果表明，改进的离散空间矢量调制的直接转矩控制策略在减小转矩脉动，改善定子电流和定子磁链波形方面，比一般转矩预测的直接转矩控制、改进的转矩预测的直接转矩控制取得了更好的效果，并且对电机参数的依赖更小。另外，实验证明，在极低速范围内，本文所研究的直接转矩控制系统在额定负载下也可以稳定运行。本文对无刷双馈电机及其直接转矩控制策略进行了研究，并提出了一种适合于全速度范围运行的磁链观测器。把离散空间矢量调制的直接转矩控制技术引入无刷双馈电机，仿真证明，它可以减小传统直接转矩控制在无刷双馈电机转矩脉动大的问题，并改善了定子各绕组磁链和电流的波形。
张猛[2]2011年在《风电系统中双馈电机直接转矩控制系统的研究》文中指出随着世界化石能源的匮乏以及环境污染的日趋严重,风能作为一种可再生的绿色能源,越来越多的受到世界上各个国家的关注。为了更加有效的利用风能,提高风力发电系统控制的水平,本文对变速恒频风力发电系统中双馈电机直接转矩控制系统进行分析研究。论文的主要工作从以下几个方面进行展开：首先,论文对目前的风力发电水平进行阐述,介绍了变速恒频双馈风力发电机的独特优点,重点的介绍了与传统的矢量控制相比将直接转矩控制应用到双馈风力发电机中的控制技术。其次,建立风力机的数学模型,并对其进行仿真,得出了在不同的风况下,风力机的输出机械功率与转速之间的关系曲线图,为论文最后的整个系统的的仿真提供论证基础。在风力机桨距角的控制过程中采用比例控制来取代复杂的PI或者PID控制,这样可以克服变桨距机构动作频繁、调节效果低等缺点,同时更有利于最大风能的追踪,提高了风力发电的效率。第叁,论文中对双馈风力发电机的基本原理进行分析研究,并建立其数学模型。然后论文着重分析了双馈风力发电机直接转矩控制的基本原理,并构建变速恒频风力发电系统中双馈电机直接转矩控制系统的原理框图。在此过程中论文中采用近似圆形磁链的空间电压矢量的选择方案来代替传统的六边形磁链的空间电压矢量的选择方案,这样更有效地减小了转矩的脉动以及电流谐波的含量。除此之外,论文中采用施密特叁点式转矩调节器来取代传统的两点式转矩调节器,这样更细化了转矩的偏差分析,提高了整个系统的性能。第四,论文对双PWM变换器的结构及其功能进行了分析研究,重点对网侧变换器的功能进行分析,并运用MATLAB/simulink仿真软件在电网恒压以及电网电压突变的情况下对其进行仿真分析。分析证明了在电网电压恒定的情况下,风力发电系统能够稳定运行；当在电网电压发生突变时,风力发电系统会产生瞬时的波动,但是很快就恢复了正常。最后,运用MATLAB/simulink仿真软件分电网电压恒定时、电网电压发生突变时两种情况对整个系统进行仿真。仿真结果验证了在变速恒频风力发电系统中采用直接转矩控制技术控制双馈风力发电机可以使整个系统运行稳定,调速性能比较理想,转矩脉动较小等优点,从而保证了整个风力发电系统更有效地利用风能。
张洋[3]2007年在《无刷双馈电机及其直接转矩控制系统的研究》文中研究说明无刷双馈电机(BDFM)是一种结构简单、坚固可靠、同异步通用的特种电机，和其它交流电机相比，无论是用于变频调速还是用变速恒频发电系统，其突出的优点在于，大大降低变频器的容量，并且省去了电刷和滑环，提高了系统的可靠性，因此它特别适用于大容量变速传动系统和变速恒频恒压的风力、水力发电系统。本文就该电机的等效电路、不同数学模型中的参数测试及直接转矩控制方法进行了内容广泛的研究。本文深入研究了无刷双馈电机的基本结构、运行原理和数学模型。在此基础上，通过频率折算、相数折算和有效匝数折算，进而得到了无刷双馈电机功率绕组、控制绕组及转子绕组有电的联系的等效电路，并用该等效电路作了初步计算。计算结果表明，该等效电路基本是正确的。无刷双馈电机的数学模型有网络模型和d-q轴模型，模型中的参数不尽相同，由于该电机定子上有不同极数的两套绕组，电感的测量相对困难。本文采用了适用于任意绕组结构电机电感参数测试的静测法，测定了样机网络模型中的参数，计算了d-q模型中的参数，并用类似于感应电机空载实验测定电机参数的同步法测定了稳态等效电路中的部分参数。在对普通异步电机直接转矩控制(DTC)策略和无刷双馈电机工作原理深入研究的基础上，本文构建了无刷双馈电机直接转矩控制系统。针对无刷双馈电机直接转矩控制转矩脉动大的问题，本文提出了适用于该种电机的转矩预测法。仿真结果表明，该方法能有效地减小转矩脉动、改善定子电流波形，且具有良好的动、静态性能。在无刷双馈电机直接转矩控制系统的数字化实现方面，本文在基于TMS320LF2407A的交流电机变频调速实验平台上完成各个模块的程序编写，由于时间关系，系统总体调试没有完成，取得了一些阶段性的成果。无刷双馈电机的稳态等效电路、等效电路中的参数测试和计算以及笼型转子无刷双馈电机的直接转矩控制方法均为国内外正在研究的内容，本文在上述方面做了一些探索性的工作，所得的结论对于上述研究内容具有参考价值。
王乐英[4]2011年在《无刷双馈电机直接反馈控制系统分析与设计方法的研究》文中提出目前由于传统能源的短缺,人们一方面开发风力发电、水力发电、太阳能发电等来取代原来的以燃烧石油、煤炭、天然气为主的火力发电;另一方面通过开发新能源汽车、采用节能减排等方式来降低传统能源的消耗。在新能源发电设备中主要采用的是以绕线式双馈电机为主的变速恒频发电系统,但因滑环和电刷的存在使得系统的运行和维护成本较高,而在新能源汽车动力耦合装置中,通过对无刷双馈电机的控制可以实现能量在内燃机、电池、车辆间的可控流动,以提高系统的效率,节约能源的同时提高驱动性能,因此亟需展开对无刷双馈电机高性能控制系统的研究与开发。结合这一背景,本论文针对无刷双馈电机的控制系统展开研究,主要包括以下几方面:首先,总结国内外文献,对无刷双馈电机的各种数学模型进行了简要介绍,阐述了无刷双馈电机的标量控制、直接转矩控制和矢量控制,并指出了各自优缺点。其次,详细分析了级联无刷双馈电机的工作原理,推导了转子坐标系下级联无刷双馈电机的数学模型,针对级联无刷双馈电机的功率流向进行了详细分析。在以上工作的基础上,本文针对级联无刷双馈电机提出一种新的直接反馈控制方法。该方法结合了直接转矩控制与矢量控制的优点,在控制电机磁场同步坐标系下对电机转矩和磁链进行控制。该方法体现了反馈控制的基本原理,可以实现对磁链和转矩的精确控制,降低对电机参数的依赖性,简化了控制过程。级联无刷双馈电机的直接反馈控制方法不同于已有的直接转矩控制和矢量控制,本文对它们之间的区别进行了详细分析。由于级联无刷双馈电机结构复杂,各环节之间存在交叉耦合,相互影响,本论文将模糊PI调节器引入级联无刷双馈电机的直接反馈控制系统中。此外,为进一步降低控制器对电机参数的依赖性,利用电流代数模型对磁链进行观测,设计了一种新的采用磁平衡式原理对转子电流进行无刷、无接触式测量的新型无刷双馈电机。针对本文所提出的级联无刷双馈电机的直接反馈控制在MATLAB下进行了仿真研究,并将模糊PI调节器和普通PI调节器控制效果进行了对比,最后搭建了基于dSPACE的级联无刷双馈电机实验平台,进行了实验验证。
梅文庆[5]2007年在《双馈感应电动机直接转矩控制方法研究》文中研究指明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。本文主要对双馈电机直接转矩控制系统进行了相关研究。首先,根据双馈电机基本模型,通过矢量变换技术,建立了其在d-q坐标系下的数学模型;接着比较双馈直接转矩控制系统和传统的异步电机直接转矩控制系统的异同点,阐述了双馈电机直接转矩控制方法对转矩和无功的调节原理;再接着,详细分析了转子电流最小模式和功率因数可调模式下的电压矢量选择方法,在此基础上构建了一套基于交-直-交变换器的直接转矩控制系统,既简化控制系统结构又保留了双馈电机转速和无功可调的特点,通过计算机仿真,验证了这种控制方式的可行性和正确性;随后,分析了双馈电机直接转矩控制中电压矢量与转矩脉动的关系,提出了基于DSVM的直接转矩控制方法以减小转矩脉动,并进行系统仿真,结果表明该法可以明显减小转矩脉动,同时还能改善系统的无功调节能力;最后,综合上述讨论结果,完成了双馈电机的调速系统控制部分的硬件设计,并给出了部分软件设计流程。
周赞强[6]2010年在《基于DSP的无刷双馈电机直接转矩控制系统的研究与实现》文中研究表明无刷双馈电机(Brushless doubly-fed machine简称:BDFM)是一种结构简单、异同步通用的新型电机,不同的运行状态可以通过调节控制绕组电压的频率、幅值、相序实现。它可以在无刷的情况下实现双馈运行,提高了系统的可靠性。无刷双馈电机既可作为电动机应用于交流调速传动系统,也可作发电机应用于变速恒频恒压发电系统,具有变频器容量小,独立调节有功功率和无功功率,控制功率因数等特点,在风机和泵类机械的节能调速系统及变速恒频的水力和风力发电系统中具有广阔的应用前景。本文对无刷双馈电机直接转矩控制系统的磁链观测、转矩观测、功率因数、稳态特性、暂态特性进行了研究。完成的主要工作如下:1、磁链观测是无刷双馈电机直接转矩控制系统的关键,直接影响到控制策略的成败。本文在深入研究反馈补偿高通滤波u-i模型的基础上,进行了改进。实现时,反馈补偿环节的截止频率不同于高通环节,较为有效地解决了u-i模型在低频下磁链观测不准的问题,实验结果表明该方法取得了较好的控制效果。2、转矩观测同样是直接转矩系统的关键,本文提出了一种在α、β静止坐标系下的转矩观测方法,相对于目前文献中采用的dqo转子速坐标系下的转矩观测方法,避免了旋转坐标变换,有效地减少了程序计算量,提高了控制精度,实验结果表明在超同步及亚同步运行状态都取得了较好的控制效果。3、在继承本课题组研究成果的基础上,实现了基于直接转矩控制的无刷双馈电机的调速。实验结果表明,和开环控制系统相比,调速范围扩大,抗扰能力提高,且保持了直接转矩控制方法动态响应快的优点。4、在实现无刷双馈电机直接转矩控制的基础上,对无刷双馈电机在不同运行状态下的功率因数特性进行了仿真和实验研究。对控制绕组在不同磁链给定及负载等变化时的功率因数进行了大量实验,实验结果表明,调节磁链给定值既能调节功率因数的大小也能调节其无功功率性质。5、对无刷双馈电机在双馈运行状态下的启动特性进行了探索性研究。对于异步启动、然后牵入双馈运行以及双馈启动两种启动方法,研究了控制绕组磁链给定对上述两种启动方法的影响。仿真和实验表明,不同控制绕组磁链给定对两种启动过程都有影响,而且在同一实验条件下,不同时刻从异步牵入双馈的暂态过程不一样。
李崇波[7]2009年在《双馈电机直接转矩控制技术研究》文中研究说明双馈电动机具有良好的调速性能,有着广阔的发展前景。尤其针对风机泵类负载而言,双馈电机调速是其比较合理的调速方案。在水利发电和风力发电系统中,应用双馈电机调速,节能效果好,性能稳定可靠。直接转矩控制技术已广泛应用于鼠笼式异步感应电机调速系统,它采用空间电压矢量PWM控制的方法,直接选择逆变器输出的开关状态,从而获得高性能的转矩控制效果。本文将直接转矩控制引入双馈调速系统中,并给出了具体的实施方案。建立了双馈电机的数学模型,经过静止坐标变换,在转子坐标系下推导出双馈电机的基本电磁方程与转矩方程。分析了电网侧变换器的数学模型,并由此得出电网侧变换器的控制模型。分析了直接转矩控制原理,在MATLAB/Simulink环境下建立了双馈电机直接转矩控制的仿真模型,改进了磁链的观测模式,使之更易于工程化实现。给出了一种简单易行的转子电压观测方式,在仿真程序和实验程序中得到了验证其正确性。给出了双馈电机直接转矩控制的仿真结果,验证了磁链近似圆形直接转矩控制方案的可行性。介绍了双馈调速系统实验平台的构成,以此为基础,结合仿真,进行了相关实验,给出了实验波形和分析。实验结果表明与理论分析结果基本一致,取得了预期的效果。
于研[8]2009年在《基于模糊DTC的双馈风力发电机控制技术的研究》文中指出能源危机和环境污染是当今世界面临的两大挑战。风能作为一种清洁的能源,越来越受到人们的重视。随着风力发电机组容量的增加,提高运行效率、改善电能质量,最大程度地利用风能成为各国学者研究的热点问题。变速恒频技术可实现风能的最大追踪,成为人们研究的重点。本文对变速恒频双馈风力发电机的励磁控制技术进行了系统深入的研究。主要工作如下:运用了定子磁场定向矢量控制的方法,建立了双馈电机在d-q轴坐标系下的数学模型,推导出有功功率和无功功率的表达式,揭示了转子励磁电流参数对双馈电机有功功率和无功功率的控制作用,给出了矢量控制框图和工作过程,该控制方法能够较好地实现双馈电机有功功率和无功功率的解耦控制。深入研究了直接转矩控制(DTC)方法,对双馈电机转子电压和电流进行观测,然后计算出磁链和转矩的实际值,并将给定值和实际值的差值输入开关选择表,通过查表选择一个最佳的电压矢量输出。为了改善电能质量,本文将模糊控制思想引入直接转矩控制。以磁链偏差、转矩偏差、定子磁链角作为输入变量,以逆变器的开关状态作为输出变量,设计了一套模糊控制器代替了直接转矩控制中的磁链和转矩滞环比较器。针对直接转矩控制中响应速度慢的缺点,本文提出了一种自适应模糊直接转矩控制方法。该控制方法用模糊PID调节器代替了传统PID调节器,以速度偏差和速度偏差的变化率为输入信号,以PID的修正系数为输出信号,用修正系数和PID的控制参数相乘,最终得到修正后的PID参数。利用Matlab/Simulink7.0仿真软件,根据本文推导的数学模型分别建立了仿真所需要的双馈电机模型、逆变器模型、磁链和磁通角计算模型、磁链调节器和转矩调节器模型等,对矢量控制、直接转矩控制、模糊直接转矩控制、自适应模糊直接转矩控制进行了仿真。
霍克强[9]2015年在《无刷双馈电机直接转矩控制失控分析》文中指出作为一种新型交流感应电机,无刷双馈电机省去了滑环和电刷,在降低维修成本的同时,提高了系统的可靠性、延长了电机的使用寿命,在风力发电和变频调速领域都具有广泛的发展前景。现阶段,很多国内外的学者针对无刷双馈电机的控制方法进行了深入的研究。其中,直接转矩控制以其优越的鲁棒性、稳定性以及快速性获得很多国内外学者的关注。然而,将直接转矩控制直接应用到无刷双馈电机中时存在无法同时满足转矩和磁链控制要求的“失控问题”,即所选电压矢量无法同时满足转矩和磁链控制要求的问题。这制约着直接转矩控制在无刷双馈电机上的应用。本文为上述问题进行研究并提出改进算法,内容主要涉及如下方面:首先,总结无刷双馈电机的发展以及研究动态,分析比较各个控制策略的优点和不足,并重点介绍直接转矩控制应用于无刷双馈电机的研究现状。其次,分析无刷双馈电机的运行原理及其叁种不同的工作方式,在此基础上指出电机转速只与控制电机和功率电机的供电频率相关,并从两台异步机的动态模型入手,推导了无刷双馈电机统一坐标系下的数学模型。再次,在无刷双馈电机统一坐标系模型的基础上推导了转矩和磁链关于电压矢量的时间导数方程,并以此方程绘制曲线图,作为选择电压矢量的依据。在此基础上绘制了不同给定条件下的曲线图,以曲线图的形式分析电机的失控问题,总结了失控问题存在的原因。最后,在分析失控原因的基础上,提出改进的直接转矩控制策略,以曲线图形式研究其可行性。通过matlab进行仿真研究,证明了该改进策略的有效性,并分析了改进办法的系统控制性能。仿真结果显示,本文提出的改进策略能够很好的抑制失控问题,并且能够获得很好的系统动、静态性能。
康红霞[10]2007年在《直接转矩控制策略在变速恒频风电系统中应用的研究》文中研究表明风能作为一种可再生能源，目前已经受到了世界各国的重视。为了充分利用风能，提高风电系统的发电效率和发电质量，本文对直接转矩控制策略在变速恒频风电系统中的应用进行了研究。在风力发电领域，随着风力发电机组控制技术的迅速发展，变速恒频风电机组的应用逐渐占有主要地位。它可以最大限度的捕获风能，在很大风速范围内使系统按最佳效率运行。本文通过对变速恒频风电系统几种控制方案的比较，得出在变速恒频风电机组中采用双馈电机可以充分利用风能，并且提高发电机的发电效率。因此，选择了双馈电机变速恒频方案，运用双馈电机的工作原理，允许发电机的转速变化；在电机转子侧接入低频励磁电源，通过控制励磁电流的频率，保证双馈电机定子输出的频率恒定。尤其是把80年代中期发展起来的直接转矩控制策略与双馈电机结合起来应用于变速恒频风电系统，采用转子磁链直接转矩控制方法，调节转子侧交流励磁，达到控制双馈电机定子侧输出的目的，有着重要的研究意义。本文首先分析双馈电机的工作原理，建立数学模型，然后分析双馈电机的直接转矩控制原理，提出控制方案，画出系统的控制框图。最后，本文对变速恒频装置ACS800-67的结构和功能进行分析，并搭建30kW实验平台，采用实验的方法验证双馈电机直接转矩控制策略在变速恒频风电机组同步化过程中和并网前后的控制性能。实验结果证明：变速恒频风电系统采用双馈电机直接转矩控制具有发电效率高、发电质量好、并网同步化速度快、冲击电流小的优点。通过实验研究，验证了这种控制策略理论的正确性和实际的可行性。
参考文献：
[1]. 异步电机与无刷双馈电机的直接转矩控制研究[D]. 杨文杰. 太原理工大学. 2007
[2]. 风电系统中双馈电机直接转矩控制系统的研究[D]. 张猛. 兰州交通大学. 2011
[3]. 无刷双馈电机及其直接转矩控制系统的研究[D]. 张洋. 太原理工大学. 2007
[4]. 无刷双馈电机直接反馈控制系统分析与设计方法的研究[D]. 王乐英. 天津大学. 2011
[5]. 双馈感应电动机直接转矩控制方法研究[D]. 梅文庆. 华中科技大学. 2007
[6]. 基于DSP的无刷双馈电机直接转矩控制系统的研究与实现[D]. 周赞强. 太原理工大学. 2010
[7]. 双馈电机直接转矩控制技术研究[D]. 李崇波. 华中科技大学. 2009
[8]. 基于模糊DTC的双馈风力发电机控制技术的研究[D]. 于研. 东北大学. 2009
[9]. 无刷双馈电机直接转矩控制失控分析[D]. 霍克强. 天津大学. 2015
[10]. 直接转矩控制策略在变速恒频风电系统中应用的研究[D]. 康红霞. 沈阳工业大学. 2007
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