级联式无刷双馈电机在二次方侓负载驱动中的应用.pdf

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1、化工自动化及仪表第40卷级联式无刷双馈电机在二次方俸负载驱动中的应用赵波王华君王风涛(河北工业大学．天津300130)摘要在总结驱动风机及泵类等二次方负栽实际应用的基础上，通过对比目前驱动方案的实际应用效果，提出一种新型级联式无厣J双馈电机的新驱动系统。介绍级联式无刷双馈电机原理及其调速原理，设计初步的调速控制方案。仿真结果证实了级联式无刷双馈电机调速方案的可行性。关键词级联式无刷双馈电机二次方律负栽压频调速控审1方案仿真中图分类号TH7文献标识码A文章编号1000-3932(2013)04-0508-05风机和水泵在工业与民生中被广泛

2、应用，这些设备的用电量占整个国民经济用电量的70％以上¨。1。风机和水泵与传统定速驱动相比，采变频器变速驱动的节能效果要明显一些，但中／高压和大容量变频调速系统的造价十分昂贵。合理的方案是绕线式电机的串调和双馈，因为风机和泵类的调速范围小(一般为30％以下)，所以变频器的功率仅为电机的1／3”1，大大降低了变频器的容量和成本，但绕线式转子有集电器，也限制了其应用范围。无刷双馈电机改进了这个缺陷，但其结构较为复杂，分析其特性也非常繁琐。为此，笔者提出级联式无刷双馈电机，用于驱动二次方负载。1二次方负载驱动1．1变频与级联式无刷双馈电机驱动

3、随着大功率晶体管(GTR或BJ，I．)与可关断晶闸管(GTO)的相继问世，变频器进入了普及实用阶段”1。目前，风机和泵类的驱动方式已逐渐由传统定速驱动升级为由变频器调速的变速驱动方式。变频器控制变速驱动方式通过改变电机的供电频率来改变电机转速，进而改变风机和泵的流量。传统变频调速系统有全功率变频调速和绕线式电机的串级和双馈两种方式，前者造价高、后者带有集电器，限制了其应用。级联式无刷双馈电机驱动与上述两种变频调速相比，具有的优势为：由于可以采用较小容量的变频器控制绕组，大大降低了成本；电机的无刷化提高了驱动系统的稳定性，减少了维护成本；

4、变频器的低容量使其谐波较小，减小了损耗并提高了效率。但是前期投资较大，电机本体的设计也要有大的改进。1．2级联式无刷双馈电机驱动的实现级联式无刷双馈电机(图1)可以看作是两台极对数分别为P。和P。的绕线式电机的级联系统，即两台电机转子机械上同轴但转子绕组反相序联接，一套定子绕组(功率组P。)直接接三相工频电网，另一套定子绕组(控制组P，)接至变频器和输出端，这样就省去了集电环∞。。在功率绕组和控制绕组极数确定的情况下，通过改变控制绕组端变频器输出的频率来调节转速，实现无级调速。调速范围与极数和两套电源的输出频率有关，其转速n：竺掣，其中

5、工和‘分别为控pD十P。制和功率绕组频率。可以看出，电机转速可以通过改变P．来控制。理论上级联无刷双馈电机的转速控制可以选用普通异频电机变频器，而且在功率差异较小的情况下，用于级联式无刷双馈电机的变频器为同功率的1／3。讽厅p。对极电机P。对极电机图1级联式无刷双馈电机的结构示意图收穰日期：2012—12-05(修改稿)第4期赵波等．级联式无刷双馈电机在二次方俸负载驱动中的应用5092级联式BDFM数学模型建立级联无刷双馈电机数学模型的前提是把电机内所有电量都折到同一两相坐标系统，此处选取两套旋转的转子三相系统对应的两相坐标系作为数学模

6、型建立的基础。以下数学模型变量的单位均为国际单位，下角s和r分别表示定子和转子绕组。2．13-2坐标变换矩阵级联无刷双馈电机数学模型的3-2坐标变换矩阵为：pP(吣[cosO蒜os(O砌-120。。E篙翻’rcos()cos(0—120。)cos(O+1200)1Pc(o)2亏【“加“n(o_120。。)“v。nx(vo,+120。)J根据定、转子磁场的相互关系，该坐标系与定子轴系间的相对转速分别为p。力。和一p。力。，故相应的两套定子绕组的3．2坐标变换矩阵分别为P。(P，力。t)和P。(一p。力。t)，即将p，力。t和一Pcn。t分

7、别代人上式替换0即可。其中力。为机械转速。2．2两套转子绕组间的电量关系两套转子绕组中电压u和电流i在三相变量系统中的瞬时值有如下关系，其中下角标a、b、c分别代表电机的三相：臣三睡三{Uu。im．b。c，r：．2ppfp-．i。(。0，)uU。M。。d。a，r{竺鬟瓷(2)(3)(4)求解方程组(I)一(4)，即可得到两相坐标系下转子间电量的关系：rUcqr2“Hr{Lucdr=一uod，f‘cqt2叫Hr1；一；L‘edr一‘pd。(5)(6)2．3电机的电感矩阵功率绕组定、转子间互感矩阵定子ABC与转子abc三相间依次滞后，转子的

8、旋转速度及旋转方向使定、转子同名相间又滞后0。，=Pp力。t。应用绕组函数法可得其矩阵"】，即：rcosOprcos(OF+120。)cos(0p。一120。)1￡P-，=l”lcos(Opf-120。)c