D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2001.02.018 第23卷第2期 北京科技大学学报 Vol.23 No.2 2001年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2001 无刷双馈交流励磁电动机控制系统原理 解仑”孙一康”王京)王志良)杜沧)申湘源)王嵩》 1)北京科技大学信息工程学院自控所，北京1000832)新冶电气公司，北京100071 摘要描述了无刷双馈交流励磁感应电动机的机械结构及电气特性，分析了其电路模型和 矢量空间关系，得到了无刷双馈交流励磁电动机的数学模型，并结合国内、外研究状况进行了 探讨，提出无刷双馈交流励磁电动机可在高性能传动、节能调速、变速恒频发电和吸收冲击负 荷等领域均有广泛应用的前景. 关键词无刷双馈；矢量空间；交流励磁；数学模型 分类号TM343 对于双馈电动机调速控制，国外研究得比 1 原理 较早山，主要应用于风机、泵类负载调速控制，并 推广应用于飞轮储能发电以进行电网无功调 无刷双馈交流励磁感应电动机的结构如 节，或在扬水电站发电机组利用其转子转速可 图1所示.它是将2台绕线式感应电动机机械顺 变而定子发电频率不变这一特点，来进行恒频 接（或反接），转子绕组对应的某两相反接（或正 发电，吸收负荷冲击.在国内新冶电气公司杜沧 接)，进而构成的1个双电机机组，国外称之为 教授率先在国内将其应用于五机架窄带热连轧 自级联双馈感应电动机或双馈孪定子感应电动 机上，并应用于国内最大容量为2800kW单机 机B其转子电路连接如图2所示. 架轧机上，取得了可观的经济效益和社会效益； 若1电机极对数为P,2电机极对数为2， 天津大学徐忠元教授对复合型双馈感应电动机 1电机定子角频率为，，电动机机组机械角频 调速控制系统（逆双馈电动机）进行了研究.以 率为ω，则电动机机组正转时，2电机定子角频 上是对单台（有刷）双馈感应电动机的研究，对 率(w2)为： 于无刷双馈感应电动机调速控制系统的研究， w2-(P+2)×w,-w1 (1) 东北大学刘宗富教授认为无刷双馈感应电动机 0. 调速控制系统不仅仅对于轧钢工艺，而且对于 P 风机和泵类负载的调速控制，合理的方案应该 是绕线式感应电动机的串级调速和双馈调速冈 个P 个P 它的优点是电动机的定子绕组直接连接中压电 图1无刷双馈交流励磁感应电动机电气及机械连接 Fig.1 Electrical and mechanical tonnection of brushless 网(6kV或10kV),无网侧变压器，电动机的转 doubly-fed Ac excited induction machine 子绕组为低压，易与电力电子器件相匹配，而且 转子电路的功率为滑差功率，风机和泵类负载 所需调速范围约为同步速度的±30%，因此功率 装置仅为电动机容量的1/4左右；并且由于采用 了无刷双馈交流励磁感应电动机既克服了串级 调速控制无法在同步速度点工作的缺点，又避 免了有刷双馈感应电动机调速控制存在滑环和 碳刷所带来的维护麻烦. 图工无刷双馈交流励磁感应电动机转子电路 收稿日期2000-12-06解仑男，32岁，工程师，博士 Fig.2 Rotor circuit of brushless doubly-fed Ac excited in- *高效轧制国家工程中心投资及国家自然科学基金资助项目 duction machine No.69975002)第 2 3 卷 第 2 期 20 0 1 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr a l Of U o iv e sr iyt of s c i e o e e a . d eT c 如 0 1 0 盯 B iej 恤g 、 勺1 . 23 AP .r N 0 . 2 2 0 1 无刷双馈交流励磁 电动机控制 系统原理 解 仑 ” 孙一康 ” 王 京 ” 王 志 良 ` , 杜 沧 2, 申湘 源 ” 王 高 ” l )北京科技大学信息工程学院自控所 , 北京 10 0 0 83 2) 新冶电气公司 , 北京 10 0 0 71 摘 要 描述 了无刷双馈交流励磁感应电动机 的机械结构及电气特性 , 分析了其 电路模型和 矢量空 间关系 , 得到 了无刷 双馈交流励磁电动机的数学模型 , 并结合国内 、 外研究状况进行了 探讨 , 提出无刷 双馈交流励磁电动机可在高性能传动 、 节能调 速 、 变速恒频发电和 吸收 冲击 负 荷等领域均有广泛应 用 的前景 . 关键词 无刷双馈 ; 矢 量空 间 ; 交流励磁 ; 数学模型 分类 号 T M 343 对 于双馈 电动机调速控制 , 国外研究 得 比 较早 l] , 主要应用于风机 、 泵类负载调 速控制 , 并 推广应 用 于飞 轮储 能发 电 以 进行 电 网无 功 调 节 , 或在扬水 电站发电机组利用其转子转 速可 变 而定子发 电频率不变这一 特点 , 来进行恒频 发 电 , 吸收负荷 冲击 . 在国内新冶 电气公司杜沧 教授率先在 国内将其应用于五机架窄带热连轧 机 上 , 并应用 于国内最大容量为 2 8 0 k w 单机 架 轧机上 , 取得 了可 观 的经济效益和社会效益 ; 天津大学徐忠元教授对复合型 双馈感应 电动机 调 速控 制系统 (逆双馈 电动机 )进行 了研究 . 以 上是对单 台 (有刷 ) 双馈 感应电动机 的研究 , 对 于无刷 双馈感应 电动机 调速控 制系统 的研究 , 东北大学刘宗 富教授认为无刷双馈 感应电动机 调 速控 制系统不仅仅对于轧钢工 艺 , 而且对 于 风机 和泵类 负载的调速控制 , 合理 的方案 应该 是绕线式感应 电动机的串级调速和双馈调速.z[] 它 的优点是 电动机 的定子绕组 直接 连接 中压 电 网( 6 kV 或 10 kV ) , 无 网侧 变压器 , 电动机 的转 子绕组为低压 , 易与电力 电子器件相匹 配 , 而且 转子 电路 的功率 为滑差 功率 , 风机 和泵类负载 所需调速 范围约为 同步速度的 士 3 0% , 因此功率 装置仅为电动机容量的 14/ 左右 ;并且 由于采用 了无刷双馈交流励磁感应电动机既克服 了串级 调速控制无法在 同步速度 点工作 的缺点 , 又避 免 了有刷双馈感应 电动机调速控制存在滑环和 碳刷所带来 的维护麻烦 . 收稿 日期 2 0 华 12刁6 解仑 男 , 32 岁 , 工 程师 , 博士 * 高效轧制国家工程中心投资及国家 自然科学基金资助项 目 (N 0 . 6 9 9 7 5 0 0 2 ) 1 原 理 无 刷 双馈 交 流励 磁感 应 电动机 的结构 如 图 1所示 . 它是将 2 台绕线式感应 电动机机械顺 接 (或反接 ) , 转子绕组对应 的某两 相反接 (或正 接 ) , 进 而构成 的 1 个 双 电机机组 , 国外称 之为 自级联双馈感应 电动机或双馈孪定子感应电动 机 3I,41 , 其转子 电路连接 如图 2 所示 , 若 1 # 电机极对数为 · p , #2 电机极对 数为 Q , 1 # 电机定子角频率为 。 : , 电动机机组机械角频 率为 。 r , 则 电动机机组正转时 , #2 电机定子 角频 率 ( 。 2 )为 : 口厂任汗Q) x 田厂 。 , ( 1) 丈 。 : ( 、 : 圈 1 无刷双 馈交流励磁感应 电动 机 电气及机 械连 接 F电 . I E概t d 口1 a n d m ec h a . 亩c a l 七o n n e c it o n Of b r u s 血俪 s d ou b -ly fe d 从 e x c i t e d i n d u c廿o n m a c血in e 圈 2 , 无刷 双位 交流励磁感 应 电动 机转子 电路 F 啥Z R o t o r c ir c u it of b ur s h lo s do 的l y 一众吐 cA e x e i t ed 加 - d u C t i o n m 皿C h 恤e DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 02. 018