基于Matlab的无刷双馈电机建模与仿真.docx

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1、基于Matlab的无刷双馈电机建模与仿真摘要近年来，许多国家都遭遇经济发展以及生态保护的双重压力，生态环境的保护成为经济发展需要考虑的首要因素，风力发电技术在很久以前就开始在各个国家开始推行，作为绿色生态能源，风力发电技术开始进入各个国家科学研究者的视野中，本文的主要研究对象就是无刷双馈电机，它的主要特征是它是一种异步和同步都可以进行的一种交流励磁电机，这种电机的结构相对于其他的电机结构来说，更加的简单但是却更加牢固，所以在无刷的情况下，它可以实现双功率的一种运行状态，这样就可以达到有功和无功的控制以及调整，对于我们常说的变速恒频风力发电技术来说，这种方式是比较合适的一种。本文主要是对无刷双馈

2、电机的结构、原理以及运行进行一定的研究了解和分析总结，另外,本文还结合了风力发电技术的现状,风力发电技术的问题及其针对性的解决方案,及意义进行了深层次的研究，此外，本文还利用了MAT1.AB对无刷双馈电机的调速和特性，对无刷双馈电机进行了仿真的研究，并且对无刷双馈电机风力发电技术的变频器原理进行研究，其次，本文还研究和分析了人工智能控制模糊控制器应用在变流器上的优越性，并且利用MATIAB对无刷双馈电机的各个模块进行了仿真和设计，通过模拟，在模拟的过程中将控制系统分别通过模拟和建模分割成多个不同作用的板块，从而使这些板块能够有机地组合成模拟模型，而且，本文还采用了基于S函数的新建模方法。最后，

3、本研究中提供的两个仿真和设计方式还可以用作于验证其他的控制算法，本研究中提供的电机控制系统中设计和调试的新思路和新方法，具有较为现实的意义，具有实际应用的好处。关键词：无刷双馈电动机；MAT1.AB；建模和仿真；风力发电第一章绪论1.1 研究背景和意义1.1.1 无刷双馈电机的发展由于电力电子的发展相对较晚，以及对无刷馈发动机的研究，电力电子技术没有任何进展。自从HUnt提出这个概念以来，直到很久以后，国外学者才开始发表了一篇关于空间分离绕组的双金属固定的论文，从那以后，第一个发动机模型开始呈现在大众视野，并逐渐稳态，第二年，该学者还研究了电机的同步运行模型，证明了两个绕组可以在不用的交流频率

4、中使用，这样就获得了不同的转子转速。他就是Simth,Simth总是单独提出的发动机由定子的两个字段，所以从实际上来说这不是一个真正的双功率无刷电机，但这不妨碍它连锁分析引擎，它仍然可以转换成一个无刷双馈发动机，未来它是具有广阔的前景的。1970年，百老汇和伯布里奇提出了“无刷双动力电机”的真正内涵。他们没有建立在刚开始Simth的基础上，而是回到了最初的理论。由于原型机是一个绕线转子，工艺复杂，而且更重要的是，它的可靠性不高，效率还低，所以百老汇和伯布里奇试图设计一个双馈无标签电机。虽然证明所需的转子导轨的数量还是存在着或多或少的问题，但是他们的贡献还是存在的，那就是找到一个嵌套笼转子，所以

5、他们是被认为第一个有双馈无刷电机的人。在此基础之上，研究人员开始逐渐对无刷双馈电机进行了更深层次的研究，为了得到新的认识。1971年，百老汇针对无刷双馈电机发表了一篇文章，描述了定子绕组如何连接到两种不同频率的交流电上。结果表明，定子的极性磁场可能存在于定子的同一核中，在那篇文章中百老汇还讨论了磁材料饱和程度的影响。上世纪80年代，美国俄勒冈大学的研究人员对无刷双馈电机进行了深入研究。他们的工作也基于百老汇和伯布里奇理论，并产生了耦合电路的动力学模型。在样机性能测试的基础上，对电机进行了优化，提出了双功率无刷电机的设计思路。在他们所进行的实验中，他们开始发现，两个不同频率的交流定子绕组中，前一

6、个定子绕组更加容易触发定子里面的电力流动，这就是为什么使用了两个定子绕组的实验原型的原因。美国俄勒冈大学的Ruqi1.i通过对新型双刷电机的坐标变换的研究和实验得到了动态d-q模型，并且还对此进行了实验验证。研究结果十分重要，这个研究结论在后面更多关于无刷双馈电机的研究中被越来越多的学者广泛引用。但是在此研究中，Ruqi1.i只在模拟过程中对这个模型进行了验证，并没有对实验数据进行进一步的验证，后来来自俄勒冈大学的Ramchandran等人弥补了这一缺憾，他们利用了实验数据对模型进行了验证。但是，D-Q轴型只是解决了电机作为调速系统的一部分问题，而由变频器控制的相关问题，我们十分有必要进行进一

7、步的探讨。后来，剑桥大学对这一领域的相关研究作出了不可磨灭的贡献，相关学者对变频器的控制问题进行了深层次的。其中，Williamson对双馈无刷电机进行了谐波分析，在研究过后，他将这种方法推广到任何笼型嵌套转子双馈无刷电机研究中。最后，在进行了进一步的研究后，两位学者，Williamson和Ferreira也就是在进行进一步模型建构之后，开始用有限元法验证着他们的分析。通过一系列实验和设计后，他们获得一个结论，双馈无刷电机与普通的感应笼电机有很大的不同，双馈无刷电机的性能在转子电流的相互作用中开始大大降低，所以，据此无刷双馈电机中的转子导轨在制造的过程中一定要是绝缘的。随着无刷电机本体结构的成

8、熟和固定，发动机控制的研究逐渐成为研究的中心。但是，直到1992年，布拉斯菲尔德等人才将扭矩控制从异步电机直接转移到双流无刷电机上，这才使双流无刷电机控制的理论取得了进展。控制算法需要定子和转子电流变量、旋转速度、转子实际位置的输入，其中一部分无法测量。由于算法的复杂性和难以实现的硬件条件，研究还处于模拟阶段。1993年，外国学者使用简化的P算法，在闭环内的测试系统中控制了无刷双动力电动机。该算法由两个P环构成，一个环控制速度，另一个环控制功率定子上弦一侧的功率因数。这个动作是双功率无刷电机控制开发中的重要步骤。后来在1994年，这位学者发现d-q轴模型可以与d-q轴本身的电流同步，而不是与转

9、子的旋转同步，使得d-q轴的变量可以保持稳定状态。在无刷双流电机的控制实验中的复杂的算法的封装通常非常重要的问题,该研究在硬件上很容易实现,但高性能算法是不可避免的。三年后，研究人员在控制算法中去掉了测量转子位置，静止操作没有问题，但动态操作提出了问题。因此，我们假设动态操作中同步读入角度是恒定的，并通过实验控制原型验证了该算法的可行性。1990年后期，双功率无刷电机的研究直接集中在电机扭矩控制算法上，并取得了很好的结果，控制算法的研究也在进行中，在后期，这种算法也将会被越来越广泛的运用起来。1.1.2 无刷双馈电机的国内外研究现状和应用前景近年来，国外对BDFM进行了大量的研究，并取得了许多

10、成果。对化学调谐电机的结构进行了改进，建立了更精确的数学模型，找到了适用于灯调谐电机的控制策略。为了将BDFM引入到实践中，俄勒冈州立大学在BDFM发动机的控制策略和数学建模方面作出了许多贡献。提出了三种模型：网络模型、主轴数学模型和同步数学模型。近年来，无刷双馈电机在风力、液压和高速控制系统中的应用已成为应用领域的研究热点。总体而言，BDFM处于基础研究的应用阶段，BDFM碰撞初始阶段的发动机探索不够充分。在九十年代以前，只有部分大学和学院进行研究，诸如沈阳工业大学、湖南大学、浙江大学和中国矿业大学和技术进行的，虽然在一些研究中大多数的有关这一课题的文献出现，只是做了关于无刷双馈中有限的原理

11、和结构分析，但是也在一定程度上奠定了基础。目前风力发电系统有很多，但大多数都还是存在一些缺点。近年来，异步绕组转子发电机作为可变调速定频风力发电机备受关注。该发动机是,逆变器系统的风力发电系统的容量可变速度常数和产品频率较低（约30%）,在允许实现有功、柔性和无功功率的同时，在网络中发挥无功作用，但仍与异步电机提取环收集器，从而增加对风力涡轮机。不适合在恶劣环境下操作。BDFM引擎可以弥补这一缺陷,但在中国，关于风力涡轮机BDFM的研究很少。为了推进风力发电领域的应用，必须深入开展定速、变速、定频风力发电机的研究。BDFM是一种新型马达，可以在双电源下无刷操作。该系统约占总容量的30%,在高速

12、控制中被广泛使用。变速定频风力发电系统具有良好的经济效益和社会效益。1.1.3 无刷双馈电机的研究目的及意义20世纪中叶，随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，电力电子调制器的交流牵引系统得以实现。高性能的交流调速系统也根据时代的需要应运而生。在矢量控制和直接控制技术的简单理论基础上，解决了交换控制技术在理论层面上的性能和噪声问题，将交换控制系统的控制系统与交换控制系统、交换控制系统、交换控制系统、交换控制系统、交换控制系统进行了比较。宽度逐渐调整提高了换电精度，本系统本质上是技术上的发展。现代交流调速系统中使用的主要电机有同步电机、异步同步电机和开关电阻电机。虽然这三种速度控制系统都在不断

13、地发展和完善，但它们的缺点还没有被很好地克服。采用同步电机的频率调速系统虽然结构简单，但具有易反功率、船舶性能好等优点。虽然它具有价格低廉、维护费用低、控制相对简单、运行可靠等优点，但本系统所使用的变频器的容量必须大于电机的额定功率，因此变频器的价格必然较高，系统的成本也较高。双工频控制系统是由一个具有转速周期的变速式调速系统组成，效率更高。由于无刷双馈电机自身具有电刷的结构，所以它在运行中可靠程度比较低，但这根特征让它的维护成为随着它的应用机会随之降低。交流磁开关抑制变频控制系统是一种新型的控制系统，这个系统作为电机中重要的系统，具有低成本就可以控制、高度的可靠性的特征，但电磁脉冲还是具有相

14、对较大的清洁以及严重的由于振动而导致的关于噪声的问题，从80年代末到90年代初，变频调速系统没有双电容器刷，一个新的变频调节系统逐步发展。该系统采用异步笼式电动机，结构简单，运行可靠。同时，有高效率的异步线圈电机和功率可调的同步电机。其中控制频率的方式可以直接等效输入到网络中，网络再生率控制逆变器控制系统就像定子线球。提供这种控制系统不仅降低了成本,而且增加了系统管理的可信性。农业联合生产中大量使用的交流电机主要有同步电机和非同步电机。所有动机，电气和黑色刷前主导总供给和使用滑动环和外部电路，这是连接到电刷滑动接触和磨损，由于电动机操作的可信度下降，以及更高的性能控制，运营成本，提高性能是必需

15、的。因此matlab和通用汽车的发展是汽车技术发展的一个重要方向。虽然可以实现，但由于无法控制，其应用受到限制。目前，无刷同步电机和绕线转子非同步电机在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用，无刷双馈线电机也有相对广阔的市场。如何才能将风能最大限度地进行使用呢？国内外的风力发电机组采用了传输、变频、调速技术，而风力发电机组主要采用异步发电。近年来，随着对风力发电在无刷双馈发电机领域应用研究的深入，风力发电在无刷发电机领域的应用越来越受到研究者的重视。本发明的双馈无刷电机变频发电系统由于存在电刷容量和静电环的问题，其对变频器的容量要求相对较小，稳定性较高。通过控制电机转速，在电机转速变化时，可以保

16、证出口质量。其优点是可以有二次发电的机会，功率系数可调，效率高，电能质量好,所以综上所述，无刷双馈发电系统在风力发电的领域是有较好的前途的。1.2 风力发电技术存在的问题、解决办法及技术发展1.2.1 风力发电技术现状风力发电主要是将风能转化为电能的技术。由风力机实现，利用风能使风力机的叶片旋转，然后由风力机增加转速，以此刺激发电机产生电能。风力技术主要应用于多风地区，特别是偏远山区和高寒湖泊地区，昼夜温差较大。在冷热洋流的碰撞和冲击中，它产生了包含足够能量的风作用来驱动风能。对于我国目前的风能生产水平，足够使用50风力涡轮机发电24小时当风力达到10mS在一些地区覆盖一个小镇的电能需求在我们国家一天。目前，我国的风电设备能够很好地实现电能的转换和储存，输电的损失率较低。但就中国目前的风能技术和规模而言，目前还没有实现风能资源的充分利用。特别是在一些风资源丰富、资源贫乏的地区，由于建设困难和技术限制，难以充分利用风资源，造成资源浪费。2019年，中国新增并网风电装机容量达到7.94亿千瓦，增速