无刷双馈电机原理及控制策略

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无刷电机原理及控制

无刷电机原理及控制

无刷电机原理及控制一、无刷电动机的组成结构和工作原理三相永磁无刷电动机和一般的永磁有刷电动机相比,在结构上有很多相近或相似之处。

用装有永磁体的转子取代有刷电动机的定子磁极,用具有三相绕组的定子取代电枢,用技术'>逆变器和转子位置检测器组成的电子换相器取代有刷电机的机械换相器和电刷,就得到了三相永磁无刷电动机。

1.无刷电动机结构特点无刷电动机属于三相永磁同步电机的范畴,永磁同步电动机的磁场来自电动机转子上的永久磁铁。

在这里,永久磁铁的特性,在很大程度上决定电动机的特性。

目前采用的永磁材料主要有铁淦氧、铝镍钴、钕铁硼、等根据几种的磁感应强度和磁场强度成线性关系这一特点,应用最为广泛的就是钕铁硼。

它的线性关系范围最大,被称为第三代稀土永磁合金。

在转子上安置永磁铁的方式有两种:一种是将成型的永久磁铁装在转子表面,即所谓外装式;另一种是将成型的永久磁铁埋入转子里面,即所谓内装式。

根据永久磁铁安装方法不同,永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种。

扇形磁铁构造的转子具有电枢电感小、齿槽效应转矩小的优点,但易受电枢反应的影响。

且由于磁通不可能集中、气隙磁密度低,电极呈现凸的特性。

矩形磁铁构造的转子呈现凸极特性,电电感大、齿槽效应转矩大,但磁通可集中,形成高磁通密度,故适于大容量电机,由于电动机呈现凸极特性,可以利用磁阻转矩,此外,这种转子结构的永久磁铁,不易飞出,故可作高速电机使用。

根据确定的转子结构所对应的每相励磁通势合布不同,三相永磁同步电机可分为两种类型:正弦波形和方波形永磁同步电机,前者每相励磁磁通势分布是正弦波形,后者每相则是方波状,根据磁路结构和永磁体形状的不同而不同,对于径向励磁结构,永磁体直接面向均匀气隙如果采用稀大材料,由于采用非均匀气隙或非均匀磁场化方向长度的永磁体的径向励磁结构,气隙磁场波形可以实现正弦分布。

应该指出稀士永磁方波形电机属于永磁无刷直流电机的范畴,而稀土永磁体正弦波形电动机则一般作为三相交流永磁同步伺服电机使用。

双馈风力发电机及控制原理

双馈风力发电机及控制原理
• Fourth level 1400
• Fifth le1v200el 1000
装机容量/万千瓦
800 600
400 200
0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
02090.093-.42-0120
年份
5
风力发电简介
双馈电机原理
• C双li馈ck电to机e工dit作M原as理ter text styles
• 电S机e类c型ond level 同步电机
双馈电机
• 励T磁h方ir式d level转子绕组直流励磁 •气隙F磁功o场角u转rth速 le与v转e子l 惯转性子相转关速(机械)
• 转F子if转th速leve固l定(与电网频率同步)
1980
1990
2000
2010
8
风力发电简介
• C定li速ck到to变e速dit的M原as因ter text styles
• S–e追co求n最d 大lev的e风l 能捕获 • T–h减ird小l机ev组el的机械应力
• F风o能u利r用th系数le与v叶e尖l 速比的关系
最大功率点跟踪
• Fifth level
• Third levPes l
A、超同步速发电

Fourth
level1 sPs sPs
电阻
• Fifth level a
1
Te
0
s0
1 s Ps
Ps
02090.093-.42-0120
发电机运行
1 s Ps
sPs
电阻
1
d
电动机运行
亚同步运行

双馈风力发电机及控制原理

双馈风力发电机及控制原理
6
2009-4-1
风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 不同类型的风机 水平轴风机 Second level Third level Fourth level Fifth level 永磁直驱型风机
垂直轴风机
2009-4-1
7
风力发电简介
• • • •
– 按风轮机类型分(风能到机械能) Second level • 水平轴、垂直轴 • 定桨距、变桨距 Third level • 单叶片、双叶片、三叶片、多叶片 Fourth level • 定速型、变速型 – 按发电机类型分 (机械能到电能) Fifth level
• • • • 鼠笼式 绕线式 同步/永磁式 其他新型电机(开关磁阻电机、横向磁场电机、高压电机)
2009-4-1
9
风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 基于鼠笼式异步电机的风电机组 Second level Third level Fourth level Fifth level
变速箱 电网 变速箱 鼠笼式电机 鼠笼式电机 无功补 偿电容 无功补 偿电容 (a) (b) 变速箱 电网 滤波器 鼠笼式电机 无功补 偿电容 (c) 变速箱 滤波器 鼠笼式电机 (d) 电网
2009-4-1
4
风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 中国风电市场发展 – 电机、齿轮箱、叶片等设备已实现国产化; Second level – 电控系统国产化程度低,被国外设备占据。 Third 1997-2008 level 年中国风力发电总装机容量(除台湾省) Fourth level Fifth level

无刷双馈风力发电系统的最大功率追踪控制策略研究

无刷双馈风力发电系统的最大功率追踪控制策略研究
组在转 子侧 感应 的频 率 相 等 ,即 = 。则 极 对 3 1 无刷 双馈 电机 的 MT数 学模型 . 数为 P 的功率绕 组产生 旋转磁 场 ,其 相对 于转 子 。
的转 速 n : 。 为
n 6 / p ( n )P / p p= P = 几 ± P () 2

() 3 () 4
即 m .
根据式 ( ) 3 ,可得出功率绕组的电频率为 2 、()
P n/ 0=n P ± 6 pp6 ( p P )/ 0±
由式 ( )可知 ,当转速 n 变化 时 ,只要适 当 4

调节控制绕组的输入电流频率 ,即可使功率绕组 输 出电频率 维持不变 ,从而 实现变速恒频发 电。
的 正确 性 和 有 效 性 。
关键词 :风力发 电;无刷 双馈 电机 ;变速恒频 ;矢量 变换控制 ;最大功率追踪
中 图 分 类 号 :T 1 M35 文 献 标 识 码 :A
0 引 言
在风力发 电系统 中,传统 的恒速恒频发电方 式 由于只能 固定 运 行 在 同步 转 速上 ,当 风速 改 变 时风力机就会偏离最佳运行转速 ,导致运行效率 下降 , 不但浪费风力资源 ,而且增大风力机 的磨 损¨ 。采用取消了滑环 电刷的 B F j D G变速恒频发
为实施 无 刷 双馈 发 电机 的矢 量 控制 策 略 ,需
要建 立无 刷双 馈 发 电机 在 定 子 同步 速 MT坐 标 系
下的数学模型,定子同步速 MT坐标 系与转子速
由 坐 标系关 系如 图 4和 5所示 。

该旋转磁场相对于功率绕组的转速 n 为:
n= +p p nr
第2 6卷第 4期
21 0 0年 4月

双馈无刷风力发电机组综述

双馈无刷风力发电机组综述

双馈无刷电机(BDFM)
双馈无刷电机基本原理
在无刷双馈电机的定子上,一般具有各自独立的2 套 三相对称绕组,1 套为2p 极的主绕组,1 套为2q 极 的副绕组,这2 套绕组之间的耦合是通过特殊设计的 转子来实现的。无刷双馈电机的定子主绕组一般由工 频交流电源直接供电。当副绕组短路时,电机将能够 异步起动并工作在异步运行方式;当副绕组由直流电 源馈电(如两并一串),电机将工作在同步运行方式, 该种电机的同步速定义为60(fp+fq) /(p+q);当副 绕组由变频电源供电时,电机将工作在双馈调速运行 方式。
刷双馈电机进行了较为系统和深入的研究。
近年来,在英、美等国,基本形成两大流派;其一是以 A.Wallace 教授和R. Spee 教授为首的美国Oregon 州 立大学以及以Williamson 教授为首的英国剑桥大学,他 们重点研究笼型转子结构的无刷双馈电机(BDFM) ;另一 流派是以T. A. Lipo 教授为首的Wisconsin 大学和以L. Xu 教授为首的Ohin 州立大学,重点研究磁阻转子结构 的双励磁磁阻电机。二派学者对无刷双馈电机的转子结 构各持己见,对两种转子结构的无刷双馈电机的分析方 法有所差异,并且形成了两套不同的分析研究体系。
种转子的结构如图所示。
转子结构
磁阻型双馈无刷电机
磁阻型双馈无刷电机转子结构
双馈无刷电机(笼型转子)
笼型转子结构
笼型转子结构
笼型转子结构
级联式无刷双馈电机
级联式双馈无刷电机,结构上,是相当于将 2 台绕线式异步电机同轴串联接而成,转子 绕组反(同) 相序联接,转子轴机械相联。2 台电机分别称为功率电机( Pp 对极) ,控 制电机( Pc 对极) 。功率电机的定子绕组 直接接工频三相电源,控制电机的定子绕组 接变频器。结构如图所示 。

基于SVPWM的无刷双馈电机直接转矩控制

基于SVPWM的无刷双馈电机直接转矩控制
Ab ta t T mp o e te p o y a cp roma c f h c l r o to n u p e slre tr u p l f h o — sr c : o i r v h o rd n mi e r n eo es aa n rla d t s p r s a g q er p eo e c n f t c o o i t v ni n l i c o q e c n r l i c oq e c nr l t o o r s ls o b y f d ma h n a e n S W M t tg e t a r t r u o to ,ad r t r u o t h d f r u h e s d u l- e c i e b s d o VP o d e t e t o me b sr e y a
tr u h smu ain tc h o g i lto M ; i c o q e c n r l y wo d : F S W dr t r u o to e t
0引 言
无刷 双馈 电机 ( 以下 简称 B F 是 一种新 型 电 D M)
1基 于 S P M 的 B M 转 矩 控 制原 理 VW DF
在 常规 D C中, T 电压矢 量是 由转 矩 和磁链 滞 环
多采用 标量 控制 , 但其 动态性 能较 差 , 能解决 失步 不 ! 问题 。B F 在 电动 运行 时 , 旦失 步 其 过 程 不 可 DM 一 某i 逆, 即使 调整 控制 绕组 电流 也 无 法恢 复 到 失 步前 状 态 ] 。常规 直接 转矩 控制 ( 以下 简称 D C) T 涉及 的
著提高系统的动态性 能及鲁棒性 。通过仿真技术对所建模型及控 制策略其 进行 了定 量及定性说 明。

无刷电机调速

无刷电机调速引言无刷电机(Brushless Motor)是一种高效率、低噪音和高寿命的电机类型。

与传统的有刷电机相比,无刷电机具有更好的性能和控制灵活性。

本文将介绍无刷电机的工作原理、调速方法以及一些常见的调速技术。

无刷电机工作原理无刷电机由固定部分(定子)和旋转部分(转子)组成。

定子上包含若干个电磁线圈,而转子则是由带有磁体的永磁材料制成。

当电流通过定子线圈时,会产生磁场,与转子上的磁场相互作用,从而产生转矩,使电机旋转。

无刷电机的转速和转矩取决于定子线圈中的电流强度。

通过调节电流强度,我们可以控制电机的转速和转矩。

无刷电机调速方法1. 脉宽调制(PWM)调速脉宽调制是一种常见的无刷电机调速方法。

它通过在定子线圈上施加不同的脉冲宽度来控制电机的转速。

通常,控制器会根据设定的转速要求,以一定频率产生一个基准脉冲信号,并根据需要调整脉冲的宽度。

脉冲的宽度决定了电机定子线圈的通电时间,从而影响电机的转速。

脉宽调制调速方法简单可靠,适用于大多数无刷电机应用。

然而,它可能导致电机在低速运行时产生较大的振动和噪音,并且可能导致效率下降。

2. 传感器反馈调速传感器反馈调速是一种更精确的无刷电机调速方法。

这种方法通过使用传感器(如霍尔传感器)来检测电机转子的位置和速度,并将这些信息送回控制器进行处理。

控制器根据传感器反馈的数据,精确地控制电流强度,从而实现精准的转速控制。

传感器反馈调速方法在低速运行时更加稳定,并且能够提供更高的效率和更低的噪音水平。

然而,它需要额外的硬件(传感器)和复杂的算法来进行转速控制,增加了系统成本和复杂性。

3. 无传感器调速无传感器调速是一种基于电压和电流检测的无刷电机调速方法。

它通过测量电压和电流的变化来推断电机转子的位置和速度,并根据这些推断的数据进行转速控制。

无传感器调速方法通常使用反电势检测和相电流检测来实现。

无传感器调速方法可以减少硬件成本和复杂性,但转速精度可能相对较低,并且在低速运行时可能不太稳定。

双馈电机原理

DFIG是一台多变量、强耦合、非线性、时变复杂系统, 必须采取解 耦控制策略, 实现发电机转矩的动态控制, 其中磁场定向矢量控制是有 效策略。
谢谢
17
最大风能追踪机理
最大风能追踪实现
最大风能追踪的本质就是在风速发生变化时调节机组转速,保持最 佳叶尖速比。 实现最大风能追踪,可以通过风力机控制实现,也可以通过发电机控 制实现。
采用通过发电机功率控制实现最大风能追踪的方案的原理是: 通过 控制发电机输出功率来控制发电机阻转矩, 进而控制机组转速,以求 在风速变化时保持最佳叶尖速比,实现最大风能追踪。
率。当电机吸收无功功率时,往往由于功率角变大,使电机稳定度降低。如通过
调节交流励磁的相位,减小机组的功率角,使机组的运行稳定性提高,从而可多 吸收无功功率,克服目前由于晚间负荷下降、电网电压过高的不利局面。因此说
,交流励磁电机较同步机有更优越的运行性能。
双馈电机基本原理
3.交流励磁电机的应用 由于交流励磁电机有三个可调量,通过励磁调节,不仅保持了同步机的可以
fs 0
变频器提供直流励磁
转子回路能量流动
转子功率
P2 Ps sPm sP 1
亚同步发电 s>0 P2>0 变频器向转子绕组输入功率 超同步发电 s<0 P2<0 转子绕组向变频器输入功率 故要求变频器具有能量双向流动能力
最大风能追踪机理
VSCF风力发电 系统运行区域
并网控
就是说,可以变速发电或调速拖动。同时发现这种电机有调节电网功率 因数和提高电网稳定性的功能,而且可以使水轮机、风力机等原动机或
水泵等被拖动机械运行在最佳工况,使机组效率提高。
双馈电机基本原理
2.交流励磁电机的优点

直流无刷电动机工作原理与控制方法

For personal use only in study and research; not for commercial use直流无刷电动机工作原理与控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点,故在当今国民经济各领域应用日益普及。

一个多世纪以来,电动机作为机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。

其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。

由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向,因而存在相对的机械摩擦,由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点,再加上制造成本高及维修困难等缺点,从而大大限制了它的应用范围,致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。

针对上述传统直流电动机的弊病,早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。

经过了几十年的努力,直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。

上世纪70年代以来,随着电力电子工业的飞速发展,许多高性能半导体功率器件,如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现,以及高性能永磁材料的问世,均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。

三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。

其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等),转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2,4,…)组成。

图1所示为三相两极直流无刷电机结构,图1 三相两极直流无刷电机组成三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结,A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。

位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。

当定子绕组的某一相通电时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩,驱动转子旋转,再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号,去控制电子开关线路,从而使定子各项绕组按一定次序导通,定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。

双馈风力发电机的工作原理


电机的气隙中形成一个旋转的磁场,这个旋转磁场的转速
n1 称为同步转速,
它与电网频率 f1 及电机的极对数 p 的关系如下:
n1
=
60 f1 p
(3-1 )
同样在转子三相对称绕组上通入频率为 对于转子本身的旋转速度为:
f 2 的三相对称电流, 所产生的旋转磁场相
1-
n2
=
60 f 2 p
(3-2 )
.
.
? 1 = - 1- 1 R1 + jX1
E′ I ′ ?
? ? ?
.
2=
.
2
? ?? ?
R2′+ s
? jX 2′??
?
?.
.
.
E E′ I ? 1 = 2 = - m( jX m)
?
.
.
.
? ?
I 1 = I ′2- I m
(3-6 )
从等值电路和两组方程的对比中可以看出, 双馈电机就是在普通绕线式转子电机
双馈电机的数学模型与三相绕线式感应电机相似, 是一个高阶、 非线性 、 强耦合的多变量系统。为了建立数学模型,一般作如下假设:
a) 三相绕组对称,忽略空间谐波,磁势沿气隙圆周按正弦分布。 b) 忽略磁路饱和,各绕组的自感和互感都是线性的。 c) 忽略铁损。 d) 不考虑频率和温度变化对绕组的影响。
6-
综合超同步和亚同步两种运行状态可以得到下面的一般关系 Pmech 与 P1 的关系为 Pmech = (1- s)P1
P2 与 P1 的关系为 P2 = sP1
超同步时有 Pmech > P1 ,亚同步时有 Pmech < P1 双馈电机的数学模型
上一节我们从双馈电机稳态等效电路以及功率流向的角度分析了双馈电机 的工作原理, 但这对于控制来说是远远不够的, 本节我们将通过从数学模型的角 度来分析双馈电机为下一步的控制做准备。
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无 刷 双 馈 电 机 原 理 及 控 制 策 略
傅 欣, 李 莉 , 良才 乐
4 07) 3 0 4
( 汉数 字工程研究所 , 汉 武 武

要 : 细 分析 了无 刷 双 馈 发 电 机 的 基 本 原 理 , 于 不 同 的 参 考 坐 标 系 ( 子 轴 d O坐 标 系 和 同 步 坐 标 系 ) 建 立 了无 刷 详 基 转 q ,
双 馈 发 电机 不 同 的数 学 模 型 。依 据 建 立 的数 学 模 型 , 绍 了无 刷 双 馈 发 电 机 的 几 种 控 制 策 略 ( 量 控 制 、 场 定 向控 制 、 接 介 标 磁 直 转 矩 控 制 、 能 控 制方 法 )并 指 出其 优 缺 点 。最 后 , 出 了 无 刷 双 馈 发 电 机 运 行 控 制 中存 在 的 难 点 和 进 一 步 研 究 的 方 向 。 智 , 指 关 键 词 : 刷 双馈 电机 , 学 模 型 , 制 策 略 无 数 控
显提 高传 动 系统 的效 率 , 能够 发挥 很好 的节 能效 果 。
中、 高压风 机和水 泵 在冶 金 、 工 和 电厂 中广泛 化 使用 , 于大功 率负 载需要 采 用高 压变 频器 , 对 由于价
格 昂贵 , 推广应 用受 到较 大的 限制 。 采用 绕线 式 异步
频 的 目的 。 这 种 电机存 在 电刷 和滑 环 , 但 势必 影 响到
s n h o o s r fr n e fa e . e e a o to tae is( c lr q a tt o to , g ei il re t d y c r n u ee e c r m ) S v r lc n r lsr tge s aa u n iy c n r l ma n tc fed o in e
a p id a g r r s n e b s d n ifr n ma h m a i a m o e s Fi a l p l r n a e p e e t d a e o d fe e t e te t 1 c d l. n l y,t e r b e h p o l m e i t g n x s i i n r s a c n ie t n o u t e t d r o n e . e e r h a d d r c i ff r h rs u y a e p i t d o Ke r s b u h e s d u l — e a h n s ma h ma ia d l c n r l t a e y y wo d : r s l s o b y f d m c i e , t e tc lmo e , o t o r t g s
引 言
随 着 国 内外 对 无 刷 双馈 电机 深入 的研 究 , 步 逐 在工 业领 域发挥 着重要 应 用 。无刷 双馈 电机 作 电动
变 速 恒 频发 电技 术 可 以采 用 多种 机 型 实 现 , 例 如 绕线 式 双 馈发 电机 、 刷 双 馈 发 电机 和开 关 磁 阻 无
中 图分 类 号 : TM8 6 文献 标 识 码 ; A
Pr n i e a nt o t a e y o u h e s i c pl nd Co r lS r t g f Br s l s
Do b y Fe a hi s u l - d M c ne
FU i LILi LE a X n, , Li ng— a ci
c nt o , r e or u on r ,nt li nt C t olm e h o r l die t q e c t ol i e lge on r t od) ofBDFM n h i dv nt ge d s dv nt ge nd a d t e r a a a s, i a a a s a
( u a gi lEn n e i g I siu e W u a 3 0 4 Ch n ) W h n Di t gi e r n n tt t , a h n4 0 7 , ia
Ab t a t P i cp e o r s ls u l - d M a h n s ( s r c : rn i l f B u h e s Do b y Fe c i e BDFM ) i a e u l n l z d Th d lo s c r f l a a y e . e mo e f y BDF S b i a e n d fe e t r f r n e f a s( — 一 e e e c r me a t c e o t e r t r a i a d M i u l b s d o i r n e e e c r me d q 0 r f r n e f a t a h d t h o o x s n t f
V0 . 3 No 8 1 6. . A u 2 1 g, 0 1
火 力 与 指 挥 控 制
F r o to & C mma d C n r l i C nrl e o n o t
文章 编 号 :0 20 4 ( 0 1 0 — 1 50 1 0 —6 02 1 )80 9 —4
电机 等 。 目前 , 线式 双馈 发 电机 是 变速 恒频 发 电领 绕 域 的 主流 机 型 , 主要 的原 理 是 在 转 子励 磁 绕 组 中 其
施 加 一频 率 可 调 的交 流 励 磁 电 流 , 而 达 到变 速 恒 从
机 运行 可 以在 不 同负 荷 下调 节 无 功 功率 和转 速 , 明
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