双馈电机控制系统的仿真及实验研究

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本文研究对象为绕线型感应电机的双馈控制技术。对双馈电机的数学模型、控制策略、三相PWM整流控制器等进行了深入研究。在MATLAB7.3仿真环境上进行了系统仿真、用TI公司DSP2407A为主控芯片设计了双馈电机全数字控制系统并进行了实验研究。从电机学基本原理出发,建立双馈电机在dq坐标系下的数学模型,引入电机矢量控制技术,采用定子磁链定向的控制策略。导出其定转子侧电流关系表达式,采用绕组折算原理导出等效电路,进一步导出电机稳态时定转子功率关系。通过定转子功率及电流关系可以看出绕线式双馈电机能够通过控制转子侧较小功率来控制电机定子侧的较大功率从而实现经济地控制双馈电机的目的。为双馈电机的磁场定向矢量控制提供理论基础。
  双馈电机控制系统变流器主电路采用AC-DC-AC结构,选用IGBT作为开关器件,AC/DC整流部分和DC/AC逆变部分之间经过具有直流储能环节的直流母线链接,使得两部分可以单独控制,且硬件整体结构简。其中,整流部分采用PWM可控整流以实现整流及逆变状态,其采用电压空间矢量定向矢量控制技术以及电流滞环控制方法,实现整流器高功率因数运行并使能量可回馈利用。为实现双馈控制控制提供基础;逆变部分采用定子磁链定向的矢量控制策略控制电机的速度和无功。通过坐标变换得出电机dq轴系数学模型,选择d轴与定子磁链ψ重合后,使得双馈电机有类似直流电机的控制模型。
  双馈控制器主控板以DSP+CPLD作为双馈电机全数字控制系统核心,详细说明了功率器件硬件部分的结构和控制电路各部分的结构和功能;给出了控制部分的控制思想和流程图,系统软件及其主要子模块的结构与功能,以及相关注意事项。仿真及实验验证了整体控制方案的正确性和可行性。
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