電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)摘 要：本課題首先對(duì) DIFG 的運(yùn)行理論進(jìn)行分析， 建 立了 DIFG 數(shù)學(xué)模型，對(duì)坐標(biāo)變換及運(yùn)行特性進(jìn)行了理論研 究，為雙饋電機(jī)實(shí)際電路研究奠定了理論基礎(chǔ)。然后設(shè)計(jì)出 驅(qū)動(dòng)電路，最后通過軟件仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)模型和電路的正確 性。關(guān)鍵詞： PWM ，模型， MATLAB 仿真 發(fā)電機(jī)及整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的核心，它決定 著風(fēng)力發(fā)電的效率和發(fā)電容量，發(fā)電系統(tǒng)的性能也決定著風(fēng) 力發(fā)電的成本和電能質(zhì)量。根據(jù)發(fā)電機(jī)的性能和主要特征， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有恒速恒頻和變速變頻兩種發(fā)電技術(shù)。受發(fā) 電風(fēng)扇和自然條件限制，市場(chǎng)上主要運(yùn)用變速變頻技術(shù)。雙饋電機(jī)可以簡單認(rèn)為是兩臺(tái)交流電機(jī)相連組成，

2、 。定 子上有兩套繞組，一套是功率繞組，接工頻電源；另一套是 控制繞組，接控制電源。兩套繞組之間通過轉(zhuǎn)子繞組間進(jìn)行 功率傳遞，沒有電子耦合。根據(jù)雙饋電機(jī)原理， 分析調(diào)速原理： 繞組頻率為 f1，U1 為固定的三項(xiàng)電源，控制繞組頻率為f2，可調(diào)電源電壓為U2。電機(jī)轉(zhuǎn)速為 n,可以算出電機(jī)同步轉(zhuǎn)速：ns1=60f1/p。轉(zhuǎn)差率：感應(yīng)電流頻率： ， 電機(jī)是一種將其他能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置，所有電機(jī)中 都有氣隙磁場(chǎng)的存在。風(fēng)力發(fā)電過程中，風(fēng)能通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換 為機(jī)械能，在無刷雙饋電機(jī)中，機(jī)械能克服氣隙磁場(chǎng)中電磁 力所做的功， 通過磁生電的過程， 不斷的將所產(chǎn)生電能輸出， 實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換 7 。Pe2

3、為轉(zhuǎn)子繞組傳送的電功率，為轉(zhuǎn)差率 s和電磁功率 Pm 的乘積；對(duì)于投入使用的發(fā)電機(jī)來說， Pm 是固定的，所 以， s 的正負(fù)決定著轉(zhuǎn)子向變頻電源輸出功率或獲取功率。轉(zhuǎn)子側(cè)的 PWM 變換器連接主側(cè) PWM 變換器和雙饋發(fā) 電機(jī)。對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)的 PWM 變換器的控制，可以起到控制整個(gè) 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的目的。所以轉(zhuǎn)子側(cè) PWM 變換器在整個(gè)發(fā)電 系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。轉(zhuǎn)子側(cè)的 PWM 變換器的主要作用是實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)子側(cè)對(duì)雙 饋電機(jī)的矢量控制，實(shí)現(xiàn)有用和無用兩種功率的單獨(dú)調(diào)節(jié)。 為了實(shí)現(xiàn) PWM 變換器對(duì)不同雙饋發(fā)電機(jī)的有效控制，要對(duì) 不同的發(fā)電系統(tǒng)制定不同的 PWM 變換器控制方案。雙饋型 發(fā)電系統(tǒng)是

4、一種高階、非線性系統(tǒng)，對(duì)其有效控制有一定的 難度。如果要想達(dá)到對(duì)發(fā)電系統(tǒng)中有用功率和無用功率的控 制，必須實(shí)現(xiàn)功率解耦，可以通過坐標(biāo)變換簡化雙饋發(fā)電機(jī) 的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子中無功功率和有功功率的分別控制。 使發(fā)電機(jī)能夠捕獲最大風(fēng)能，運(yùn)行在最大功率狀態(tài)下。對(duì) DFIG 轉(zhuǎn)子側(cè)的控制主要是達(dá)到對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 控制，讓電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著風(fēng)速大小實(shí)時(shí)調(diào)整，使定子側(cè)輸出恒 定頻率，實(shí)現(xiàn)變速恒頻。 從 DFIG 的矢量數(shù)學(xué)模型可以看出， 三相坐標(biāo)系下的 DFIG 特別復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)，而同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的 DFIG 模型比較簡單，在同步旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)下電流、電壓等都可以看作靜止的直流量。矢量控制

5、技術(shù)是目前應(yīng)用最多的一種電機(jī)控制技術(shù)，在 保持功率不變的情況下，空間坐標(biāo)矢量變換，可以將三相交 流電機(jī)模型看成兩相交流模型來研究，使研究過程變得簡 單，將原來的耦合項(xiàng)解耦，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的獨(dú)立控制。就雙饋 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來看，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子電流是一個(gè)強(qiáng)耦合系 統(tǒng)，應(yīng)利用矢量控制技術(shù)將其解耦成有功分量和無功分量， 再對(duì)兩個(gè)分量分別制。對(duì) DFIG 的數(shù)學(xué)模型的研究，同樣需要對(duì)其進(jìn)行解耦， 因?yàn)槿囔o止條件下， DFIG 的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線 性系統(tǒng)，對(duì)其分析設(shè)計(jì)有很大難度。通過坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)使 轉(zhuǎn)子中的有功功率和無功功率解耦分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)其分別控 制。本文的仿真軟件選擇 MATLAB ，MATL

6、AB 在計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)方面應(yīng)用廣泛，是國際上最常用的控制系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì) 的語言和軟件工具。 MATLAB 具有簡單的操作界面， 有一定 軟件基礎(chǔ)的人都可以在短期內(nèi)掌握其應(yīng)用技巧，在程序移植及可視化仿真方面， MATLAB 更具優(yōu)勢(shì)。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩方程式和電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程式，我們可以得到 無刷雙饋電機(jī)在 d-q 坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。我們將此模型變換成狀態(tài)方程的形式，建立無刷雙饋電 機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真模型。對(duì)設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果如下： 本文還有許多不足之處。并且由于時(shí)間倉促和本人實(shí)踐 水平有限，基于 MATLAB 的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)知識(shí)在理論支持 階段，而且只完成了部分工作并沒有進(jìn)行仿真與測(cè)試，電流 的抗干擾性能及控制算法是否有效，還需在系統(tǒng)完成后才能 得到檢驗(yàn)。參考文獻(xiàn)1 賀益康，劉其輝 .變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制策略研究J.高技術(shù)通訊 2003,(12): 11-142 Y.D.Song and B.Dhinakaran.Variable Speed Control ofWind