无刷双馈电机控制技术讲义.docx

无刷双馈电机控制技术
无刷双馈电机的运行原理
绕线式转子无刷双馈电机的数学模型
绕线式转子无刷双馈电机控制系统分析
1无刷双馈电机的运行原理

无刷双馈电机与两台极联的感应电机的原理相同。两台电机级联是将两台
绕线式电机的轴相连，转子绕组反相序连接。级联电机系统从第一台电机的定子 侧输入电功率，通过转子传递给第二台电机的转子绕组侧， 第二台电机的定子绕 组外接电阻短接。省去了滑环，系统通过改变外接电阻大小就可以改变电机的转
速。
，两套定子绕组没有直接电磁耦合， 转子 经特殊设计，起着两套定子绕组之间能量传递中介。

功率绕组Pp对极接入工频电源（fp）、控制绕组Pc对极接变频器（fc）,
两套绕组同时通电，在气隙中产生两种极对数不同的磁场，这两个磁场通过转子
的调制，发生相互耦合，实现能量的相互传递。
功率绕组在电机气隙中产生的磁场同步转速:
nsp
60fp
pp
sp
nsp
则转子绕组感应的电流频率为:
f…pfp
60fp - Ppnr
60
控制绕组接入变频电源时频率 控制绕组与功率绕组反相序，故产生的 旋转磁场方向与功率绕组产生的旋转磁场方向相反， 其在转子绕组感应的电流频
率:
frc = Sc fc
60 fc p/r
60
采用绕线式转子结构电机（如变极法或齿谐波法）
,转子绕组共用线圈，因
此当电机稳定运行时感应的转子绕组电流频率有
rp
=frc ,因此由上面式子可
fp - fc fp c
p pc
r 一
p
转子机械转速为:
60(fp - fc)
pp pc
如果第一台电机的定子输入的电功率是 Pn ,当运行于某一转速时的两台电
机的转差分别是S和品。可以得到第一台电机的机械功率： p c
Pwp =(5)Pn
忽略了电机的其他损耗，SpPN就成为第一台电机通过转子传给第二台电机的 电功率，由于第二台电机的功率来源于它的转子， 第二台电机的转子按变压器原 理为原边，而第二台电机的定子为副边。第二台电机轴上产生的机械功率就是：
Pwc =(1-Sc)SpP
整个级联系统轴上的输出机械功率为:
P = Pvp Pwc =(1-SpSc)PN
上式的SpScPN就是第二台电机定子外接电阻上消耗的电功率。如果改变第 台电机副边电阻的阻值，则消耗在其上的功率SpScPN将发生变化。在Pn 一定的前 提下，SpSc将发生变化，即等效滑差S = SpSc发生变化，相应的第二台电机的副边 电流频率也会随之变化。因此，如果我们能够改变第二台电机副边的电流频率， 就会反过来改变电机的转速。无刷双馈电机即用变频器来替代原理电机中的外接 电阻来，通过对第二台副变电流频率的调节来改变整个等效滑差。
假定转子电流频率为fr ,第一台电机的定子电流频率是 fp ,第二台电机定 子的电流频率是fc则电机的转速为:
60(fp-fr) np =
Pp
第二台电机的转子转速是
6 0fc-fr )
nc 二
pc
因为两台电机机械同轴，电路相连，故转子电流频率fr相同，转子转速相同
即n=n =4。由上三式可求得转速为: I p c
60(fp- fc)
pp - pc
(r /min)
式中的“土”号取决于两台电机的定、转子相对相序。一般采用反相序接
法称为和调制
采用和调制的转速表达式是:
Pp Pc

无刷双馈电机的运行情况相当于一台 Pp + Pc对极绕线转子感应电机，其功
率绕组和控制绕组分别相当于绕线式感应电机的定子绕组和转子绕组。 该种电机
具有自起动能力，可实现异步运行、同步运行和双馈调速等多种电动运行方式； 当作发电机运行时，可实现变速恒频恒压发电。
.无刷双馈电机的异步运行
BDFM异步运行时，功率绕组接到工频电源上，控制绕组接三相对称电阻， 调节电阻的大小就可以在一定的范围内调节电机的转矩 -转速特性。BDFM与传 统绕线式电机相比，去掉了电刷，可维护性大大提高，适用范围进一步扩大。如 果在负载转矩一定时，可通过改变用接电阻的大小来实现用电阻调速。 异步运行 时可以作为Pp对极，也可以作为Pp + Pc对极异步电机，取决于电机参数以及负
载转矩，其转速为:
60fp(1-Sp) , 60fp(1-Sp)
或 nr =
Pp Pc Pp
电网
〜

.同步运行方式
在这种运行方式下，定子侧功率绕组直接接到工频电源上， 而控制绕组短接
或用接电阻，电机将进行异步自起动。当电机转速接近同步速