電機(jī)控制 課件 第三章 繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的控制

第三章繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的控制11、變轉(zhuǎn)差調(diào)速原理

(1)變s速調(diào)速功率本質(zhì)——控制繞線異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差功率消耗多少的調(diào)速方式

功率分配

定子輸入功率

進(jìn)入氣隙電磁功率

軸上輸出機(jī)械功率

轉(zhuǎn)子回路轉(zhuǎn)差功率一.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速

功率關(guān)系

T—電磁轉(zhuǎn)矩，—?dú)庀洞艌鐾剑C(jī)械）角速度，

—轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度。

一.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速結(jié)論一定（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時），改變轉(zhuǎn)子內(nèi)的消耗，改變，調(diào)節(jié)；設(shè)法使消耗越多，速度可調(diào)節(jié)越低，但運(yùn)行效率越低；只適合于運(yùn)行有轉(zhuǎn)差的異步電機(jī)。一.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速2、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)

轉(zhuǎn)子回路外接三相附加電阻

定子電壓不變

，但

隨↑→與負(fù)載轉(zhuǎn)矩交點(diǎn)處↑→↓（反之亦然）一.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速

從轉(zhuǎn)差功率消耗看：

—轉(zhuǎn)子銅損，不可逆消耗

—轉(zhuǎn)子外接“電阻”上損耗，兩種消耗方式：當(dāng)為真實(shí)電阻時，不可逆地“真實(shí)”消耗——轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

當(dāng)為“虛擬”電阻（電勢形式），“假”消耗?！凹傧摹边_(dá)到不真實(shí)消耗轉(zhuǎn)差功率，又實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的——串級調(diào)速一.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速3、串級調(diào)速系統(tǒng)

串級調(diào)速思想：在轉(zhuǎn)子回路中引入與轉(zhuǎn)子同頻（轉(zhuǎn)差頻率）的附加電勢，以吸收或補(bǔ)充轉(zhuǎn)差功率，從而達(dá)到調(diào)速的一種方法關(guān)鍵部件——產(chǎn)生附加電勢的裝置，要求：（A）能“吸收”或“補(bǔ)充”轉(zhuǎn)差功率——必須與轉(zhuǎn)子電勢同頻，使與轉(zhuǎn)子電流可構(gòu)成

確定相位關(guān)系變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速與反相位，吸收功率當(dāng)

從同步速向下調(diào)速——亞同步串級調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速與同相位，向轉(zhuǎn)子輸出功率

當(dāng)送入

從同步速向上調(diào)速——超同步串級調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速（B）能將

能量返回/送出電網(wǎng)——電力電子變流裝置（C）頻率跟蹤問題

因必須與轉(zhuǎn)子電流同頻，調(diào)速時頻率為，變化很難跟蹤

將整成直流（），只需直流

直流來源

（a）直流電機(jī)反電勢——電機(jī)型串級調(diào)速系統(tǒng)（b）直—交變流器（逆變器）直流電勢——晶閘管型串級調(diào)速系統(tǒng)變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

晶閘管、恒轉(zhuǎn)矩、亞同步串級調(diào)速系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)串級調(diào)速裝置

電機(jī)側(cè)為不控整流橋*將轉(zhuǎn)子電流變成直流，只需直流，解決轉(zhuǎn)子頻率跟蹤問題

*轉(zhuǎn)差功率

只能從轉(zhuǎn)子流出，被消耗——亞同步串級調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速電網(wǎng)側(cè)為可控整流器，工作在有源逆變狀態(tài)，作用：

*提供直流，吸收轉(zhuǎn)差功率

*將吸收的直流能量逆變?yōu)榻涣鳎祷仉娋W(wǎng)*電機(jī)軸上輸出功率電機(jī)軸上轉(zhuǎn)矩——恒轉(zhuǎn)矩傳動（與s、n無關(guān)）變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

速度調(diào)節(jié)機(jī)理*調(diào)速控制量為逆變超前角

變化→變化

變化→s變→n變變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速*規(guī)律：

(a)運(yùn)行于轉(zhuǎn)子短接的自然特性上→最高速

(b)降速(c)為防止逆變顛覆，限定，即限定了最低速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速逆變變壓器作用：(a)使電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓與電網(wǎng)電壓匹配，使SCR移相觸發(fā)角不過大；(b)使逆變器與交流電網(wǎng)隔離，減小SCR移相導(dǎo)通中電流諧波對電網(wǎng)的污染。變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速運(yùn)行（A）變流器容量限制了運(yùn)行速度范圍

串級調(diào)速裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)子側(cè)，只需處理轉(zhuǎn)差功率，故容量小，但直接與調(diào)速范圍有關(guān)，運(yùn)行時應(yīng)，否則變流器過載。

[例]亞同步串級調(diào)速系統(tǒng)拖動風(fēng)機(jī)/水泵時，，變流裝置容量僅為電機(jī)額定功率的1/3。變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速（B）起動問題

起動時s=1，，串級調(diào)速裝置將承受額定功率而過載燒毀，故不允許采用串級調(diào)速裝置直接起動電機(jī)。

采用起動電阻（如頻敏變阻器）起動至高速后，再投入串級調(diào)速運(yùn)行變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速機(jī)械特性

思路：分析串級調(diào)速裝置直流環(huán)節(jié)電壓平衡關(guān)系，（1）獲得轉(zhuǎn)速公式。

電機(jī)側(cè)不控整流橋（2）

式中

——轉(zhuǎn)子靜止（s=1）輸出整流電壓——轉(zhuǎn)子側(cè)整流器內(nèi)部壓降，包括

折算至直流側(cè)的轉(zhuǎn)子回路電阻壓降：

二只管壓降：

換流重疊壓降：（低頻下?lián)Q流重迭角大）

——折算至轉(zhuǎn)子側(cè)、下電機(jī)總漏抗變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

電網(wǎng)側(cè)逆變橋（3）——電網(wǎng)側(cè)逆變器內(nèi)部壓降（按功率流向?yàn)?

）包括：

折算至直流側(cè)變壓器內(nèi)阻壓降：

二只管壓降：

換流重疊壓降：

——折算至逆變變壓器輔邊、下變壓器漏抗變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

機(jī)械特性式（2）、（3）代入式（1），解出s,n機(jī)械特性曲線機(jī)械特性為一族下斜，有最大轉(zhuǎn)矩Tm限制的直線，較軟（K2大）；過大負(fù)載下，更軟，且Tm減??；改變，改變空載轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速應(yīng)采用速度、電流雙閉環(huán)控制，提高調(diào)速精度和限制電流變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

速度、電流雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

功率因數(shù)問題晶閘管亞同步串級調(diào)速系統(tǒng)主要缺點(diǎn)為功率因數(shù)低變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

串級調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)低下的原因逆變器晶閘管換流需要落后的感性無功電流。異步電機(jī)和逆變電路均需要無功功率，QW=Q1+Qβ；而串級調(diào)速系統(tǒng)中的逆變器可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差功率Pβ向電網(wǎng)的回饋，即PW=P1-Pβ。這樣，串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)則為：比電機(jī)本身的功率因數(shù)低得多變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

串級調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)低下的原因

變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—串級調(diào)速

減少有源逆變器對無功的需求的措施改變晶閘管的換流方式，由電網(wǎng)電壓自然換相改為電容強(qiáng)迫換相，使其不僅無需感性無功，甚至可以產(chǎn)生感性無功。為此須采用高功率因數(shù)的串級調(diào)速裝置。對于采用電網(wǎng)電壓自然換流的逆變器，使晶閘管保持較小的逆變角β。為此可采用改變逆變器抽頭來變化變壓器次級電壓Uβ，以滿足小逆變角下工作的條件。在轉(zhuǎn)子直流回路中加入斬波器調(diào)壓以縮小逆變角變化范圍。

系統(tǒng)構(gòu)成

晶閘管、亞同步、恒轉(zhuǎn)矩串級調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)側(cè)采用不控整流器，轉(zhuǎn)差功率sPM只能從轉(zhuǎn)子流出、被電網(wǎng)吸收，故只能亞同步運(yùn)行

將電機(jī)側(cè)改為可控整流器并工作在逆變狀態(tài)，而電網(wǎng)側(cè)有源逆變器工作在整流狀態(tài)，則可使轉(zhuǎn)差功率sPM可從電網(wǎng)補(bǔ)充進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，運(yùn)行在同步速以上。一.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的調(diào)速4、雙饋調(diào)速系統(tǒng)

變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速

此時實(shí)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子雙向饋電，稱雙饋調(diào)速系統(tǒng)

速度調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)橋Ⅰ、橋Ⅱ移相觸發(fā)角

實(shí)現(xiàn)。

依據(jù)：理想空載下，直流環(huán)節(jié)電壓平衡關(guān)系

（）

調(diào)節(jié)均可調(diào)速

為保持電網(wǎng)側(cè)高輸入功率因數(shù)，固定為小值（），

調(diào)節(jié)調(diào)速。變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速

當(dāng)橋Ⅱ整流、橋Ⅰ逆變時，轉(zhuǎn)差功率sPM反流→→超同步運(yùn)行

由于橋Ⅰ、橋Ⅱ均可工作在整流/逆變狀態(tài)，只需控制移相角或范圍,可使兩橋工作狀態(tài)有多種組合，形成四象限運(yùn)行變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速

四象限運(yùn)行控制轉(zhuǎn)向不變，按，T正、負(fù)劃分(A)亞同步電動（）

橋I：，整流；橋Ⅱ：，逆變

sPM從橋Ⅰ流向橋Ⅱ，電網(wǎng)吸收sPM

，，亞同步運(yùn)行

能量分配：P1進(jìn)入定子，

電動；分配至轉(zhuǎn)子軸

（1-s）PM

,轉(zhuǎn)子內(nèi)sPM

。變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速（B）超同步電動（

）

橋Ⅰ：

逆變；橋Ⅱ：，整流

sPM從橋Ⅱ流向橋Ⅰ，電網(wǎng)補(bǔ)充sPM至電機(jī)，

超同步運(yùn)行

電網(wǎng)通過定子PM、轉(zhuǎn)子

雙饋送入電機(jī)后，全作

機(jī)械功率（1+|s|）PM輸出，加速轉(zhuǎn)子至超同步速變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速（C）亞同步制動（

）

橋Ⅰ：

逆變；橋Ⅱ：

，整流

sPM從橋Ⅱ流向橋Ⅰ，電網(wǎng)補(bǔ)充sPM至電機(jī)（尚未使s<0）

外部負(fù)載拖動電機(jī)，使機(jī)械功率、轉(zhuǎn)差功率

sPM均經(jīng)定子送入電網(wǎng)（發(fā)電）

電機(jī)作發(fā)電（制動）運(yùn)行，

T<0（外部負(fù)載拖動）變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速（D）超同步制動（

）

橋Ⅰ：整流；橋Ⅱ：，逆變

sPM從橋Ⅰ流向橋Ⅱ，電網(wǎng)吸收sPM

外部負(fù)載拖動電機(jī)，使機(jī)械功率從定子側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè)（經(jīng)變流器）輸出

電機(jī)作發(fā)電（制動）運(yùn)行，T<0（外部負(fù)載拖動）變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速

雙饋調(diào)速優(yōu)點(diǎn)

可在同步速上、下運(yùn)行。如調(diào)速范圍為，則雙饋比串級調(diào)速節(jié)省一半裝置容量

亞同步串級調(diào)速：裝置容量按算

雙饋調(diào)速：裝置容量按算，但變流裝置應(yīng)有功率雙向流動能力

有制動能力，系統(tǒng)起、制動響應(yīng)快變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速

超同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，系統(tǒng)功率因數(shù)高變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速

電壓型雙PWM變換器供電雙饋調(diào)速系統(tǒng)變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法—雙饋調(diào)速

雙饋電機(jī)應(yīng)用

雙饋?zhàn)冾l調(diào)速傳動

變頻器放轉(zhuǎn)子側(cè)，減少裝置容量

高壓電機(jī)變頻調(diào)速

變速恒頻風(fēng)力/水力（可再生能源）及變速發(fā)電

轉(zhuǎn)子側(cè)交流勵磁，實(shí)現(xiàn)變速恒頻

同步速上（超同步）、下（亞同步）制動（發(fā)電）

組成：網(wǎng)側(cè)變流器+機(jī)側(cè)變流器，通過直流母線解耦控制對象：交流勵磁變頻器控制效果：

變速恒頻運(yùn)行、最大風(fēng)能追蹤二.繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)矢量控制二.繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)矢量控制1、網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

三相電壓型兩電平PWM整流器

優(yōu)點(diǎn)：

功率可雙向流動。

輸入電流正弦且諧波含量少。

功率因數(shù)可調(diào)，可運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)。

在輸入電網(wǎng)電壓固定的情況下可獲得大小可調(diào)的直流電壓，且抗負(fù)載擾動的穩(wěn)定性好。

通過有效控制可降低直流環(huán)節(jié)儲能電容容量。網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型

三相靜止坐標(biāo)系下：基爾霍夫電流定理+開關(guān)函數(shù)用相電壓表示網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型

在電網(wǎng)電壓波動、三相不平衡、電壓波形畸變（存在諧波）等各種情況下該方程均能有效適用網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型

兩相靜止αβ坐標(biāo)系下：網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型

同步速旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下：網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型

坐標(biāo)系的d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量時：

ugd=|Ug|=Ug，ugq=0，Ug為電網(wǎng)相電壓幅值矢量形式網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，各狀態(tài)變量的導(dǎo)數(shù)等于0穩(wěn)態(tài)方程網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性網(wǎng)側(cè)變流器穩(wěn)態(tài)電壓空間矢量圖網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

網(wǎng)側(cè)變流器直流母線電壓Vdc的下限：在相同的輸出負(fù)載igd下：

若輸入交流電流中包含超前分量(igq>0)，則需要較高的直流母線電壓；

若輸入交流電流中包含滯后分量(igq<0)，所需的直流母線電壓要低一些。

當(dāng)工作在功率因數(shù)為1的情況下（圖3-12(b)），輸出負(fù)載越大所需最低直流母線電壓就越高，即使空載條件下也不能低于交流電網(wǎng)線電壓幅值，原因：PWM變流器的Boost電路升壓特性。網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

網(wǎng)側(cè)變流器向電網(wǎng)輸出的有功功率和無功功率：

在d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量的同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)：網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

小于0：網(wǎng)側(cè)變流器工作于整流狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收能量

大于0：網(wǎng)側(cè)變流器處于逆變狀態(tài)，能量從直流側(cè)回饋到電網(wǎng)網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

小于0：網(wǎng)側(cè)變流器呈感性，從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率

大于0：網(wǎng)側(cè)變流器呈容性，從電網(wǎng)吸收超前的無功功率網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

將代入

調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)電壓矢量的d、q分量，就可調(diào)節(jié)變流器從電網(wǎng)吸收的有功和無功功率，從而可使變流器在不同的有功、無功狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

網(wǎng)側(cè)變流器運(yùn)行在單位功率因數(shù)時的功率流動情況(a)整流運(yùn)行(b)逆變運(yùn)行網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的穩(wěn)態(tài)特性

網(wǎng)側(cè)變流器直流側(cè)與交流側(cè)的功率平衡關(guān)系：

只要能控制交流側(cè)輸入的有功電流，就可控制變流器有功功率的平衡，從而保持直流母線電壓的穩(wěn)定網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能：1.保持直流母線電壓的穩(wěn)定2.輸入電流正弦3.控制輸入功率因數(shù)網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

基于d軸電網(wǎng)電壓定向、dq分量形式的交流側(cè)電壓：

為了解除d、q軸電流間耦合和消除電網(wǎng)電壓擾動，令：網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

為了消除控制靜差，引入積分環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)出如下電流控制器

則網(wǎng)側(cè)變流器交流側(cè)電壓參考值為：

引入電流狀態(tài)反饋量ω1Lgigq、ω1Lgigd來實(shí)現(xiàn)解耦，引入電網(wǎng)擾動電壓項(xiàng)和電阻壓降項(xiàng)Rgigd、Rgigq進(jìn)行前饋補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了d、q軸電流的解耦控制，有效提高了系統(tǒng)的動態(tài)控制性能網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

直流環(huán)節(jié)電壓控制器：

輸出為d軸電流的參考值網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

基于d軸電網(wǎng)電壓定向的網(wǎng)側(cè)變流器直流電壓、電流雙閉環(huán)控制框圖網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

理想電網(wǎng)條件下的鎖相環(huán)原理

作用：獲取電網(wǎng)電壓的頻率、相位和幅值

矢量關(guān)系圖：

電網(wǎng)電壓的相角跳變?θ1可用同步速旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中電網(wǎng)電壓q軸分量usq來描述網(wǎng)側(cè)變流器及其控制

理想電網(wǎng)條件下的鎖相環(huán)原理

原理框圖：

理想電網(wǎng)電壓條件下，電網(wǎng)電壓矢量的d、q分量usd、usq為直流量，采用PI調(diào)節(jié)器對usq實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)即可準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)電壓空間矢量二.繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)矢量控制2、機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器的主要控制目標(biāo)

是變速恒頻前提下實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤，關(guān)鍵是繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或者有功功率的控制。

其次是繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)輸出無功功率的控制，以保證所并電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型

同步速旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中矢量形式的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)電壓方程和磁鏈方程：

網(wǎng)側(cè)、機(jī)側(cè)變流器與繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)兩等效電路相結(jié)合就可進(jìn)行機(jī)側(cè)變流器或繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行控制研究。

根據(jù)上面的方程，可以導(dǎo)出矢量形式的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)等效電路，如下圖所示。機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型

繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制->有功功率和無功功率的控制繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)定子磁鏈?zhǔn)噶康亩x如下：

上式中的Ims為定子的等效勵磁電流，且有下式

上式可以修改成為

機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

上面的方程可以化簡為下式

，表明繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)的漏磁系數(shù)

將上面的方程進(jìn)行歸納總結(jié)得出下式

機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

并網(wǎng)運(yùn)行中繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)定子直接掛網(wǎng)，定子電壓Us即為電網(wǎng)電壓Ug。理想電網(wǎng)條件下電壓幅值、頻率和相位均可認(rèn)為不變，故在同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電壓矢量Us的的d、q分量應(yīng)為恒定的直流，并且定子磁鏈?zhǔn)噶恳彩呛愣ǖ囊簿褪?/p>

。

機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

將上述的簡化應(yīng)用，就可以得出如下的結(jié)果

機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器的運(yùn)行控制

在變速恒頻發(fā)電運(yùn)行中，繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)可控量是轉(zhuǎn)子電壓，被控制對象是轉(zhuǎn)子電流。上式中轉(zhuǎn)子電壓矢量方程正好給出了這兩者之間的關(guān)系。因此可以作為下一節(jié)中所介紹的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)矢量控制策略中電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì)依據(jù)。機(jī)側(cè)變流器及其控制

機(jī)側(cè)變流器的運(yùn)行控制當(dāng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸定向于定子磁鏈?zhǔn)噶?/p>

，

在理想電網(wǎng)電壓條件下它們均可看作為常量機(jī)側(cè)變流器及其控制

定子磁鏈定向矢量控制

定子磁鏈幅值

和坐標(biāo)變換用空間位置角度

，可通過定子磁鏈?zhǔn)噶?/p>

的

分量來計(jì)算。

機(jī)側(cè)變流器及其控制

定子磁鏈定向矢量控制

根據(jù)定子磁鏈定向下繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)定子有功、無功功率表達(dá)式，即

可以計(jì)算繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)定子輸出有功、無功功率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子dq軸電流之間的關(guān)系，即

機(jī)側(cè)變流器及其控制

定子磁鏈定向矢量控制

由以上兩式可以看出，采用定子磁鏈定向后，控制轉(zhuǎn)子電流q軸分量就可以控制定子輸出有功功率，控制轉(zhuǎn)子電流d軸分量就可控制繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出的無功功率，實(shí)現(xiàn)了繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)有功和無功功率的解耦控制。所以繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)的控制主要是通過機(jī)側(cè)變流器電流矢量的變換控制來實(shí)現(xiàn)。機(jī)側(cè)變流器及其控制

定子磁鏈定向矢量控制

轉(zhuǎn)子電流的閉環(huán)控制器可以根據(jù)左式來設(shè)計(jì)將其中的轉(zhuǎn)子電壓矢量方程

寫成d、q分量形式，就可以得出右式。

式中，轉(zhuǎn)子磁鏈可用定子磁鏈和轉(zhuǎn)子電流來表示，即

機(jī)側(cè)變流器及其控制

定子磁鏈定向矢量控制

將轉(zhuǎn)子磁鏈帶入轉(zhuǎn)子電壓方程中可以得到下式

因此可得到基于定子磁鏈定向矢量控制的轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制框圖機(jī)側(cè)變流器及其控制

定子磁鏈定向矢量控制基于定子磁鏈定向矢量控制的DFIG轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制框圖機(jī)側(cè)變流器及其控制

定子磁鏈定向矢量控制

定子電壓矢量與定子磁鏈?zhǔn)噶恐g存在如下近似關(guān)系：

當(dāng)同步速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的dq軸定向于定子電壓矢量Us上時，有

機(jī)側(cè)變流器