无刷双馈电机(BrushlessDoubly-FedMachine,简称为BDFM)是一种结构简单,坚固可靠,异同步通用的电机,可在无刷情况下实行双馈运行.它具有以下显著的特点:降低了所需变频器的容量,可以调节系统的功率因数,可应用于交流调速传动系统和变速恒频恒压发电系统.国内外目前对BDFM的研究已从对电机结构的改进阶段发展到建立比较准确实用的数学模型[13],找到适合于BDFM的控制方法,先后提出了网络模型、d-q轴数学模型、同步数学模型及基于这3种模型的许多控制方法的阶段.但是,以往BDFM的仿真程序大部分是用C和FORTAN语言编写,大部分精力都要花在矩阵运算、微分方程的解法等子程序的编制和调试上.人机交互能力差,模型的动态编辑、修改都很不方便.本文以BDFM的数学模型为基础,利用MATLAB的强大矩阵计算功能和SIMULINK的交互式仿真集成环境,建立电机状态方程的S-function函数,从而完成对BDFM的仿真研究.1无刷双馈电机的工作原理及数学模型BDFM的基本结构是一个定子、一个转子和一套公共磁路,定子上装有两套三相绕图1旋转角速度Fig.1Rotatingspeed组,一套为功率绕组(主绕组),直接接至工频电源,另一套为控制绕组(副绕组),通过变频器接至工频电源.在两套绕组相序相反的情况下,功率绕组电流、控制绕组电流和转子电流所产生的旋转磁场如图1所示.图中p,c为功率绕组、控制绕组产生的磁场旋转角速度,r为转子机械角速度.pr,cr为这两绕组产生的磁场相对于转子的转速.根据文献[1],BDFM的稳定转速为r=(p-c)/(Pp+Pc),通过改变变频器的输出电源频率来调节转速,可以实现无极调速.转速具体的表达式为n=60(fp-fc)pp+pc(1)利用MATLAB/SIMULINK中的S-function函数模块对BDFM进行模拟仿真,首先要有BDFM的数学模型或状态方程.为了建立BDFM的通用数学模型,首先作如下假定:(1)磁路是线性的,不计饱和.(2)除Pp次和Pc谐波外,忽略其他谐波.(3)不计2Pp极和2Pc极之间的直接耦合.在上述假设的基础上,BDFM的转子速dq0坐标系下的状态方程可写为1.1电压方程式UqspUdspUqscUdscUqrUdr=Rsp+LspDtPprLsp00LmpDtPprLmp-PprLspRsp+LspDt00-PprLmpLmpDt00Rsc+LscDtPcrDt-LmcDtPcrLmc00-PcrLscRc+LscDtPcLmcDtLmcDtLmpDt0-LmcDt0Rr+LrDt00LmpDt0LmcDt0Rr+LrDtIqspIdspIqscIdscIqrIdr(2)式中Pp,Rsp,Lsp,Lmp为功率绕组的极对数、电阻、自感和与转子的互感;Pc,Rsc,Lsc,Lmc为控制绕组的极对数、电阻、自感和与转子的互感;Rr,Lr,r为转子电阻、自感和电机的机械角速度;Uqsp,Udsp,Uqsc,Udsc,Uqr,Udr,Iqsp,Idsp,Iqsc,Idsc,Iqr,Idr,均表示电压电流的瞬态值.下标p为功率绕组;c为控制绕组;s为定子侧;r为转子侧;q,d为q,d轴分量;Dt为对时间的导数.1.2电磁转矩和运行方程式电磁转矩方程式如下Te=PpLmp(IqspIdr-IdspIqr)-PcLmc(IqscIdr+IdscIdr)=Tep+Tec(3)机械运动方程如下dr/dt=1/J(Te-Tl-Kdr)(4)上述两式中J,Kd为转子机械惯量、转动阻尼系数;Te,Tep,T
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