D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.0M.023 第21卷第4期 北京科技大学学报 Vol,21 No.4 1999年8月 Journal of University of Science and Technology Beljing Aug.1999 感应电动机双馈调速的3种最佳控制方法 王克成》余达太) 1)鞍山钢铁学院自动控制系，鞍山1140022)北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要在交流电动机矢量控制的基础上，对双馈电动机的数学模型作了符合工程实际的简 化，并且采用求极值的方法，推导出3种最佳控制方式。 关键词双馈电动机：矢量控制：最佳控制 分类号TM343 所谓双馈电动机，就是将绕线式感应电动 由文献[1]可知，在dg同步坐标系中，定子 机的定子接工频电网，转子接到一个幅、频、相 电压定向式双馈电动机数学模型为： 都可控的三相变频器，从而构成定、转子双方同 可u+忆0+器-oli,-ol (1) 时馈电的电动机系统.它的调速原理是：从转子 滑环上取出或输入所需要的电能.此电能表现 dis+La dt 0=i+L dr isrooLio (2) 为转差频率的交流电，一般常用交一交变频器 w+l竖+w,-sold (3) 来控制这个电能.改变变频器输出电压幅值和 相位，就可以改变电动机的无功功率，改变变频 w-rhtLtLtd.h (4) 器输出的频率，就可以改变电动机的转速， 按照失量控制的原理，首先通过坐标变换， 五=2 PIliiw--iua1=Ktu-ioal（5) 将交流电流沿着有效磁通轴分解为2个相互独 式中：L为绕组全自感：下标1,2分别表示定子 立的标量-一转矩电流和激磁电流，并分别进行闭 量和转子量；Lm为定、转子间互感；⊙为同步 环调节，然后经过坐标反变换，将其还原为交流 角频率：s为滑差率；Tm为电磁转矩：P。为极对 量来控制电动机.这样就能使双馈电动机不但 数；Km=3/2PnLm 具有直流机一样优良的调速性能，而且还具有 假设定子接无限大电网，并且忽略和定子 类似同步机的无功功率控制功能， 回路的过渡过程，不难得到： 文献[1]提出了双馈电动机控制系统的结 -2 (6) 构，但是，没有给出双通道系统的给定信号如何 =品-24 (7) 协调控制的问题.因此，本文从最佳控制的角 度，提出了双馈系统各个给定信号的3种协调 五-n哈 (8) 控制方法，使整个系统的性能指标在某种意义 定子无功功率Q=3'sinp又可表示为： 下达到最佳 Q.-Yalw (9) 1双馈电动机的基本关系式 由此可见，双馈电动机的电磁转矩和定子 侧无功功率，分别由i和i,独立控制.因而可 在推导过程中假设：(1)忽略磁路饱和：(2) 以仿照直流调速系统的闭环控制原理，建立双 认为磁通在空间呈正弦波分布；(3)空间分布的 馈电动机的闭环调节系统.即将速度调节器的 定子、转子绕组分别用集中绕组代替：(4)忽略 输出作为有功电流调节器的给定，再以i和i 电机的铁损：(5)认为电机绕组的阻抗与温度或 为反馈量，分别建立有功电流调节器和无功电 频率无关 流调节器，从而构成双通道的闭环控制结构. 1998-11-08收稿王克成男，43岁，副教授 *冶金部资助课题第 21 卷 第 4 期 1 9 9 9 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e sr iyt o f s e i e n e e a n d Te c h n o l o yg B e lj i n g V b l . Z I N 0 . 4 A u g . 1 9 9 9 感应 电动机双馈调速的 3 种最佳控制方法 王 克成 ” )l鞍 山钢铁学院 自动控制系 , 鞍山 114 0 02 余达太 ” 2 ) 北京科技大学信息工程学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 在交 流 电动机 矢量控 制 的基 础上 , 对 双馈 电动 机 的数学 模型 作 了符 合工程 实际 的简 化 , 并且 采用 求极值 的方 法 , 推 导 出 3 种最 佳 控制 方式 . 关键 词 双 馈 电动 机 ; 矢 量控 制 ; 最佳 控 制 分类号 T M 3 4 3 所谓双馈 电动机 , 就 是将绕 线式感应 电动 机 的定子接工 频 电网 , 转子接 到一 个幅 、 频 、 相 都可控 的三相变频器 , 从而构成定 、 转子双方 同 时馈 电的电动机系统 . 它 的调速原理是 : 从转子 滑 环上取 出或 输入所 需要的 电能 . 此 电能表现 为转差频率 的 交流 电 , 一般常用 交一交变频器 来控 制这个 电能 . 改变变频器输 出 电压幅值和 相位 , 就可 以改变 电动机的无功功率 , 改变变频 器输 出的 频率 , 就可 以改变 电动机 的转速 . 按照 失量控制 的原理 , 首先通过坐 标变换 , 将交流 电 流沿着 有效磁通轴分解 为 2 个相互独 立的标量一 转矩 电流 和 激磁 电流 , 并分别进行闭 环调节 , 然后 经过坐 标反 变换 , 将其还原为交流 量来控制 电动 机 . 这样就 能使双 馈 电动机不 但 具 有直流机 一 样优 良的调速 性能 , 而且 还具 有 类 似 同步机 的 无功功率控 制功能 . 文献 【l] 提 出 了 双馈 电动 机 控制系统 的结 构 , 但是 , 没有给出双通道 系统 的给定 信号如何 协调 控制 的 问题 . 因 此 , 本文 从最佳控制 的 角 度 , 提 出了双馈 系统各个 给定信号 的 3 种协 调 控 制方法 , 使整 个系统 的性 能指标在某种 意义 下 达到 最 佳 . 由文献 【l] 可 知 , 在 心 同步坐 标系 中 , 定 子 电压 定 向式双馈 电动机数学模型 为 : . , d云 、 . , d i, , 科 m =r .石 d + L l书浮+ L m 书黔一 田泌 ,舀 。 一口OL m屯 ( 1 ) ” m ” . ,` ’ ~ , dr ’ “ m dt ~ 脚 ,” q ~ 脚 m . 句 o 一 ; 1 , : , 、 1 如奈 。 ; 1 ` !· + 。 ; 。 、 ( 2 ) . , d i, J . , id 。 u ~ l’u +L 2戈粉L m 学 田 OL m i l厂 s ` 0L 2 ` ( 3 ) 呱一 、 +L 2 争 L m 争 s以击+sco 漏 ( 4 ) ~ 3 。 , 。 . … , ~ 。 , . mT = 母只江 m [i t 。 iZ J 一 i l d ioZ ] = 犬讯Li l 。 i dZ 一 i ld iZ 。 ` 」 ( 5 ) m Z ` ~ m L ” q . 名a ” a ’ 闪 “ “ m L ” q . 苗 式中 : L 为绕 组 全 自感 ; 下 标 1 , 2 分别表示 定子 量 和 转子 量 ; L m 为定 、 转 子 间互感 ; 。 。 为同 步 角频率 ; : 为滑差 率 ; 几 为电磁转矩 ; nP 为极对 数 ; mK 二 3/ 2 P nL .m 假设定子接无限 大电网 , 并且忽 略 ; 1和 定子 回路的过渡过程 , 不 难得 到 : L , . 么 、 二 一 书见’l. 、 ( 6 ) L l ’ ` “ 环 . L , . , , 、 i t月 = 一 二己孚 一 一 书巴 i , , ( 7 ) 。 0L : L l ’ ` q ~ 3 。 环 m . , 。 、 mT 二 普只: `」卫七乙 、 ( 8 ) 2 ` n 田。 , la 定 子 无功功 率 Q I = 3 环1 . is n 尹又可表示为 : ~ 3 , , 甘 , = 丁 犷 ,二 ` , , ( 9 ) 1 双馈 电动机的基本关系式 在推导过程 中假设 : ( 1) 忽略磁路饱和 ; ( 2) 认为磁通 在空 间呈 正 弦波分布 ; (3 ) 空 间分布的 定 子 、 转 子绕组分 别用集 中绕组代 替 ; ( 4) 忽 略 电机 的铁 损 ; ( 5) 认为 电机绕组 的阻抗与温度或 频率无关 . 19 98 一 n 一8 收稿 王 克成 男 , 43 岁 , 副教授 * 冶金部资助课题 由此可 见 , 双馈 电动机 的电磁转矩和 定子 侧无功功率 , 分别 由 叭 J 和 右 , 独立控制 . 因而 可 以仿照直流调速 系统的闭环 控制原理 , 建立双 馈 电动机 的闭环 调节 系统 . 即 将速度调 节器 的 输 出作为有功电流 调节器 的给定 , 再 以 乙 J 和 几 为反馈量 , 分别建立有功电流调节器和 无 功 电 流调 节器 , 从而构成双通道 的闭环 控制结 构 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 04. 023