21双馈调速原理

运动控制系统专题报告说明书题目：绕线式异步电动机双馈调速系统专业班级：电气自动化03班学号：姓名：指导教师：成绩：2014年6月16日至6月30日一．双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。1．1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率S。这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压U，的控制问题。异步电动机的外加电压矢量U，有三种典型方向可以使用(1)U2与转子感应电势E20s同相(2)U2与转子感应电势E20s反相(3U2超前转子感应电势姬，E20s90度其中，与转子感应电势E20s同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势E20s90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：(1)异步电动机正常运行时的矢量关系如图1．1(a)所示。其中忽略异步电动机的定子阻抗z1后有.1U≈-.1E=.2sE电机定子电流.m.2.1III-电机定子、转子的功率因数角分别为α,β。(2)附加电势与转U2与转子感应电势E20s同相时的矢量关系如图1．1(b)所示。由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值.2sE保持不变，即满足.2..22.ESUsE随着附加电势折算值U2的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。当附加电势折算值增大到大于系统原有时.2sE，会使系统新的转差率S’变负，即电机转速超过同步转速。此时的矢量关系如图1-1(d)所示。(3)附加电势U2与转子感应电势E20s。反相时的矢量关系如图1—1(c)所示，其分析方法同上。不同之处在于：附加电势折算值.2U为负，随着附加电势折算值以的增大，系统新的转差率S’会随之增大，即电机转速降低。(4)附加电势乩超前转子感应电势E20s90度时的矢量关系如图1-1(e)所示。出于附加电势折算值.2U与转子感应电势的折算值Es,2垂直，并不影响其垂直分量的大小，因此电机的转速不会发生变化，但转子合成电势Es,,2的相位却由于的引入而发生了变化。由于电机转子的阻抗参数并不因为附加电势的引入而发生变化，所以转子侧功率因数角α不变。这将导致转子电流的的相位跟随的相位变化而变化，从而间接改善电机定子侧功率因数角α图1-1各种附加电势对系统的影响二．双馈调速电动机不同工作状态下的能量关系为了能够更清楚的描述异步电动机在双馈状态下运行的特性，有必要对电动机在不同工作状态下的能量关系进行分析。为了简化分析过程，忽略异步电动机的铁耗、定子铜耗以及各种摩擦损耗，只研究电磁功率Pem.机械功率Pmec和转差功率Ps的流动方向，从能量的角度对电机运行过程中功率的传递问题进行分析，以确定其运行状态。2．1低同步电动状态在异步电动机的转子上加上一个与转子感应电势E20s的相位相反的电压U2，在外加电压U2作用的瞬间，转子合成电势减小，导致电机转子电流减小，电动机的输出转矩减小，电机转速降低。随着转差率的逐渐增大，转子合成电势逐渐增大，转子电流增加，电动机的输出转矩增加，达到新的平衡点，此时5∈(0，1)。在忽略各种损耗的情况下，电磁功率Iumem111Pcosα功率流动方向从定子电源到电机；机械功率0)1(Ppemmecs功率流动方向从电动机到负载机械；转差功率功率0Pspems流动方向从电机到外加电源。利用低同步电动状态的特性可以将转差功率回送电网，提高整个系统的效科”。2．2超同步电动状态在异步电动机的转子上加上一个与转子感应电势E20s的相位相同的电压U2。外加电压U2作用的瞬问，使转子合成电势增大，导致电机转速升高。若U2增大到足以抵消电机原有感应电势，则电机转速会超过同步转速，转差率S0。此时电磁功率Iumem111Pcosα功率流动方向从定子电源划电机；机械功率0)1(Ppemmecs功率流动方向从电机到负载机械；转差功率0Pspems功率流动方向从外加电源到电机。三．系统方案较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源，这就形成了功率变换单元CU2。按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速下作电动状态运行的双馈调速系统如图所示，习惯上称之为电气串级调速系统（或称Scherbius系统）。3.1系统组成UR—三相不可控整流装置，将异步电机转子相电动势sEr0整流为直流电压Ud。UI—三相可控整流装置，工作在有源逆变状态：可提供可调的直流电压Ui，作为电机调速所需的附加直流电动势；可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电网。3.2绕线转子异步电动机双馈调速系统的仿真绕线转子异步电动机在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。在电动机运转时，转差功率大部分被串入的附加电势所吸收，利用产生附加电势的装置，把所吸收的这部分转差功率回馈给电网，这样就使电动机在调速时有较高的效率，这种在绕线型异步电动机转子回路中串入附加电势的高效率的调速方法称为串级调速。1．主电路仿真模型的建立与参数设置主电路由三相电源、绕线转子异步电动机、桥式整流电路、电感、逆变器及逆变变压器组成。电源有效值为220V，峰值为311V电机模块如下，是三相异步电机，异步电动机模块取AsynchronousMachine，参数设置：绕线转子异步电动机，线电压为380V，频率为50Hz,其他参数为默认值。整流桥模块取UniversalBridge，参数设置为：电力电子器件为Diodes,其他参数为默认值。逆变桥UniversalBridge参数设置：电力电子器件为Thyristors，其他参数亦为默认值。平波电抗器取模块SeriesRLCBranch（路径为SimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch），参数设置：电阻（Resistance）为0，电感（Inductance）为1e-3，电容（Capacitance）为inf。2.控制电路仿真模型的建立与参数设置控制电路由给定信号（Constant模块）、PI调节器（DiscretePIController模块）、Kp=0.1,ki=1,上下限幅[10－10]。比较信号（Sum模块）、同步6脉冲发生装置（3个VoltageMeasurement模块、一个Synchronized6-PulseGenerator模块封装而成，同直流调速系统仿真中同步6脉冲发生装置完全相同）。转速反馈信号（Gain模块）和电流反馈信号（Gain模块）等组成。电流调节器参数设置：Kp=0.1,ki=1,上下限幅[10－10]。电流反馈系数为0.1，转速反馈系数为0.01。三相转子电流的波形转速波形参考文献作者：张杰华中科技大学硕士题目：双馈调速系统的超同步运行控制研究给老师的建议首先，我觉得老师这种形式的考核远远比考试形式的要好，虽然要比考试花得时间要多，但是这都是值得的，因为我能从中学到很多。比如：从图书馆文献检索找资料，能充分利用图书馆资源，以前我找资料都是在百度上找。找到论文按照上面做并不是件简单的事，我是主要是负责做仿真的，以前很少用simulink，基本是零基础，然后我又去图书馆借了两本matlab仿真的书，看了两天左右再来开始做仿真。后来又看了电力电子技术，电机拖动，运控这些书，所以我觉得这种形式能将我们所学到的东西能够运用，弥补我之前学习的许多盲点，漏点，也能够让我有目的的去学习，远远不是一张试卷能够比拟的。虽然仿真的结果不是很理想，我觉得已经尽力了，希望老师能够以相同的方式引导下一届的学生。其次，我觉得还是需要改进的，我觉得以后不要将专题和课设放在一起弄，分开时间比较好，老师您会觉得专题比课设简单，但是对我们来说都一样，都需要花很多时间，我们之前学的都是理论，从理论过渡到实际是要花很多时间的，把两个放在一起弄会增加我们很多压力和浮躁心理。第三,希望老师早安排点时间做课设和专题，越早越好，因为弄到7月份很多同学要急着回家。多安排点时间，2个星期实在不够。您是我在大学见到最负责，最认真，最严厉，最关心同学的一位老师，有的同学不喜欢这样的老师，但是我觉得老师的确是为我们真正着想，真正负责。老师上课不仅教我们专业知识，也交了我们很多人生道理，我很喜欢这点，每张ppt最前面都会有一句深含哲理的话，有时候真的能为我们打开心扉，指引道路。希望老师继续传承下去。以上仅个人见解!最后由衷地感谢老师，祝老师假期愉快！