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　　帶有電流控制電壓型逆變器的新型雙繞組異步發(fā)電機的電壓控制傅玉，馬偉明，李玉梅，王東（海軍工程大學(xué)電力電子技術(shù)應(yīng)用研究所，湖北武漢430033）載變化的缺點，而且提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。其控制系統(tǒng)由兩個PI電壓控制器和一個滯環(huán)電流控制器組成。為了對其電壓控制性能和調(diào)節(jié)速度進行研究，本文建立了計及磁路飽和的雙繞組異步發(fā)電機及其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對負載、轉(zhuǎn)速突然變化等動態(tài)過程中電壓控制性能進行了仿真研究。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的電壓控制性能和響應(yīng)速度。

　　隨著對再生能源的重視，國內(nèi)外加速了對自激異步發(fā)電機的研究和發(fā)展�；\型異步電機由于具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐磨、造價低廉、維護方便和功率密度高等突出優(yōu)點，越來越受到人們的重視。傳統(tǒng)自激三相異步發(fā)電機通過在其輸出端并聯(lián)電容器來提供勵磁，在電機的輸出端建立電壓。當負載或原動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，異步發(fā)電機的輸出電壓和頻率將隨之發(fā)生變化。提出了同步調(diào)相器的方法，但卻加了成本和維護工作量；文則通過控制飽和電抗器的電流來調(diào)節(jié)電壓，但大的電抗器存在著體積大和重量重的問題；文利用PWM逆變器對自激異步發(fā)電機進行串聯(lián)補償以控制電壓，而電力電子變換裝置將引起交流電壓波形畸變，降低電磁兼容性。

　　本文的新型雙繞組異步發(fā)電機的定子上布置有兩套繞組，如所示，一套繞組為功率繞組，其輸出端接自勵電容及負載；另一套為控制繞組，接由三相電流控制電壓型逆變器構(gòu)成的電壓控制回路。逆變器的直流側(cè)連有一個電解電容作為電壓源。由于電壓型逆變器的直流側(cè)沒有有功源相連，異步發(fā)電機提供很小一部分有功以補償逆變器的損耗來維持直流側(cè)電容的電壓為恒定值。電機空載運行時由自勵電容自勵建立空載額定電壓；當電機負載運行時，通過控制器調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓，提供所需的無功勵磁電流，從而使端電壓保持恒定。兩套繞組之間不存在直接的電聯(lián)系，僅有磁耦合，這樣大大減小了電力電子變換裝置對功率繞組的影響，提高了電磁兼容性1.另外由于功率繞組與控制繞組的極數(shù)相同，所以功率繞組與控制繞組的工作頻率也相同，這一特性使得可以由控制繞組的頻率決定功率繞組的頻率，起到穩(wěn)定頻率的作用。

　　對于該系統(tǒng)而言，其電壓調(diào)節(jié)性能和動態(tài)響應(yīng)速度是重要的性能指標，需要對其進行詳細研究。由于自勵異步發(fā)電機的自勵建壓等過程都與磁路飽和有關(guān)，本文建立了計及磁路飽和的雙繞組異步發(fā)電機及其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進行了控制策略的分析。對負載、轉(zhuǎn)速突然變化的動態(tài)過程中電壓控制性能進行了仿真研究。仿真結(jié)果說明該系統(tǒng)具有較好的電壓控制性能和響應(yīng)速度。

　　1雙繞組異步發(fā)電機的模型1.1數(shù)學(xué)模型為簡化分析，坐標系選取為隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的dq0坐標。通過dq變換dq軸繞組間與主磁路對應(yīng)的互感抗己經(jīng)消去，但是dq軸間的互漏感抗即使在只考馬偉明（960）男，教授，工程院院士，博士，豐要從事特種電源和電力系統(tǒng)電磁兼容性研宄�！ǎ�。

　　慮氣隙磁場基波分量的情況下，也不能完全解耦。

　　但是這些互漏感抗數(shù)值非常小，忽略它們對系統(tǒng)分析引起的誤差不大。這樣功率繞組、控制繞組和轉(zhuǎn)子繞組的電壓和磁鏈方程可以表示成如下的標么值形式：子繞組的漏抗，Xm為激磁電抗，下標ps、r分別代表定子功率繞組、定子控制繞組和轉(zhuǎn)子繞組。d、q電流和磁鏈。

　　1.2磁路飽和作用的考慮將各繞組dq軸的電流進行合成，得到等效電流，再利用空載特性曲線就可以確定電機的飽和參數(shù)（激磁電抗）。將飽和的激磁電抗代入模型中進行計算，以此來仿真磁路飽和的作用。

　　+idr，將二者合成得到總的合成電流電流來確定激磁電抗Xrn. 2控制策略雙繞組異步發(fā)電機由控制繞組側(cè)所接的電流控制的電壓型逆變器來提供所需的無功電流以補償因負載而變化的勵磁電流。

　　控制系統(tǒng)采用兩個PI閉環(huán)控制：一個是功率繞組的整流橋負載的直流側(cè)電壓的閉環(huán)控制；另一個是逆變器直流側(cè)電容電壓的閉環(huán)控制。發(fā)電機功率繞組整流橋負載的直流側(cè)電壓經(jīng)過反饋，與電壓進行比較，誤差通過一個PI控制器，其輸出信號（sq）用來控制逆變器電流的無功分量。如果反饋的電壓值大于電壓值，則逆變器提供落后代表dq軸，5讀示電阻和分別n電壓blish的恢糾量發(fā)電機的輸出電壓幅值隨之減小m相傅玉，等：帶有電流控制電壓型逆變器的新型雙繞組異步發(fā)電機的電壓控制反，當反饋的電壓值小于電壓值時需要超前的無功能量。另外，維持逆變器直流側(cè)電容電壓為常值的能量需要由異步發(fā)電機提供，所以逆變器電流的有功分量由逆變器直流側(cè)電容電壓與其電壓相比較經(jīng)過另一個PI控制器輸出（/sd）得到。

　　單位矢量正弦波Va、Vb、V.由控制繞組輸出電壓Usa、Usb、Use除以它們的幅值Um而得到的，Wa、Wb、是超前Va、Vb、V.相位90的正弦波。

　　3結(jié)果與分析為了對系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)性能進行研究，對一些動態(tài)過程進行了仿真，功率繞組帶整流橋負載，系統(tǒng)參數(shù)見附錄。給出了逆變器不工作時自勵空載建壓和逆變器突然投入工作過程的整流橋直流側(cè)電壓和控制繞組電流的波形。逆變器在4.2s時投入運行，整流橋直流側(cè)電壓和控制繞組的相電流都會有沖擊，但很快就趨于穩(wěn)定。

　　為突加和突卸額定負載時的整流橋直流側(cè)電壓和功率繞組的相電流波形。在3s時，突加負載至滿載，5s再突卸至空載�？梢钥吹剑�突加突卸負載時，整流橋直流側(cè)電壓有突變，功率繞組相電流沖擊不如系統(tǒng)也很快就趨于穩(wěn)定bumalElecic地郵H.燦4結(jié)論新型雙繞組自激異步發(fā)電機能較好地解決傳統(tǒng)異步發(fā)電機電壓隨負載變化的問題，并提高系統(tǒng)電磁兼容性。本文建立了計及磁路飽和的雙繞組異步發(fā)電機及其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對負載、轉(zhuǎn)速突然變化的動態(tài)過程中電壓控制性能進行了仿真研究。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的電壓控制性能和響應(yīng)速度。