基于MalabSimulink双馈电机的建模与仿真_开题报告

从双馈电机的基本工作原理出发，分析双馈电机调速的特点，引入矢量控制技术，进行坐标变换，得出双馈电机同步坐标系上的数学模型。熟悉并应用Matlab软件中的Simulink仿真工具，用Matlab建立双馈电机仿真模型，对双馈电机起动性能进行分析。确定双馈电机调速时的矢量控制策略即转子电流定向的矢量控制。在进行定子磁场定向后，保持转子电流与定子磁链相互垂直，进行转子电流定向。试验证明双馈电机调速系统具有动态性能好、调速范围广等优点，具有良好的工业应用前景。

（一）双馈电机的技术优势 

双馈电机励磁的可调量有3个。一是与同步机一样，可调节励磁幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变励磁相位。这说明双馈电机的励磁比同步电机多了两个可调量，有明显的技术优势。

1、在现代交流调速系统中应用的优势 

在现代交流调速系统中，双馈电机可无级高效地调速，而且系统成本低，投资少。双馈调速时，转子电路的可调功率为滑差功率，如调速范围在30%左右时，交流励磁的变频装置容量仅为电机功率的15%—30%。另外，在中大型交流调速系统中，双馈电机的定子绕组直接接3kV、6kV、10kV的工频电网，而转子绕组可设计为低压，这样可采用低压变频装置，因而可大大降低变频装置成本，使变频调速技术应用成为现实，并提高运行可靠性。如容量为9000kW、同步转速为1500r/min、调速范围为30%的双馈电机调速系统的价格以100%计，则同容量。同转速和同调速范围的笼型感应电动机与变频器构成的变频调速系统的价格为300%。因此，与其他交流调速传动系统相比，此系统用于风机、泵类和压缩机的调速，具有无可比拟的优势。 

在现代交流调速系统中，双馈电机可以调节无功功率，改善电网的功率因数，减少无功功率补偿装置的投资。双馈电机运行至，调节转子励磁电流相位，可发出无功功率，特别是带风机、泵类和压缩机等机械，其负载转矩随着转速减小，就是在轻负载时，也可保证双馈电机向电网发出大量无功功率或按某种规则控制无功功率，改善电网功率因数。 

在现在交流调速系统中，双馈电机采用定子磁场定向矢量控制，可快速控制电机输出转矩和转速，并可四象限运动，具有良好动态性能，因而可应用于调速精度较高的场合。 

2、在电力工业中的应用优势 

在电力工业中，双馈发电机可大量地吸收和发出无功功率，为系统无功功率和电压调节提供有效的手段，并可以提高电力系统运行的稳定性。现在电力系统的发展趋势是单机容量越来越大，送电距离日益增长，为提高输电效益，输出电压等级提高。此外电网负荷变化率越来越大，在夜间，电网传输有功功率低于其自然功率时，出现过剩无功功率，引起工频过电压、危及系统安全运行和增加线路损耗，目前电力系统中调节电网无功功率和电压主要依靠电容器、电抗器、调相机、静止补偿等装置或要求发电机进相运行。这些措施增加了投资并且存在一定的技术上和经济上的缺陷。而双馈发电机通过调节转子励磁相位，可是电机吸收和发出大量无功功率。 

在电力工业中，双馈发电机能变速运行，可提高发电系统稳定性，提高系统效率。双馈发电机转速变化时，输出电压和频率可维持不变。励磁系统采用定子磁场定向矢量控制，电机有很优的技术性能和动态性能。

（二）双馈电机的工业应用前景 

双馈电机具有良好的调速性能、可调节电网的无功和有功功率、效率高、可改善功率因数和提高电网的稳定性等特点，所以是有其广阔的发展前途的高新技术产品，特别适合于风机、水泵、压缩机等机械的调速传动，并可很好的解决水电站水头变化大和我国江河泥沙含量大带来的水轮机发电问题

需解决的技术问题 

双馈电机调速系统无论是在超同步还是在次同步的工作状态都具有良好的稳定性能,可以在同步转速附近任意调速,双馈电机的转速只与转子侧变频器输出电压或电流的频率有关,与电机所拖动的负载无关,因此对负载的波动具有一定的抗干扰能力。同时由于变频器与双馈电机转子侧相连,通过变频器的转差能量只是被控能量的一部分,所以在调速范围不宽的情况下,与定子侧变频相比,可以使变频器容量大为减小,具有很好的经济价值。正因为双馈电机有上述诸多优点,它的应用前景非常广阔,成为众多研究人士关注的焦点,但要使其尽快投入实际工业应用的过程中仍存在不少亟待解决的问题： 

1、电机定、转子绕组与励磁变频装置匹配的研究:从设计上研究降低励磁变频装置的容量,研究定、转子绕组的参数与变频装置的参数之间的合理配合。 

2、变频装置研究:包括设计交流电源的频率、电流幅值和相位独立可调的变频装置。 

3、控制理论与控制方式研究:双馈电机的自控理论及技术,以及定子磁场定向的矢量控制技术,交流电源的频率、电流幅值和相位独立可调的控制技术等。 

4、电机稳定性及各种非正常工况下电机承受能力的研究:包括负荷突变、不对称负荷、突然短路、重合闸以及励磁回路故障造成的影响等。 

（四）本文研究的主要内容 

1、首先从双馈电机的结构原理出发,简要分析了双馈电机的工作原理和工作特点。

2、介绍了矢量控制技术，对矢量变化及矢量控制构思给以说明。利用矢量变化进行坐标转换得到双馈电机在同步坐标系MT上的数学模型。

3、在双馈电机的模型的基础之上，对双馈电机进行仿真。研究双馈电机的启动特性。

^范文提纲

一、绪 论 

（一）双馈电机的技术优势

（二）双馈电机的工业应用前景 

（二）需解决的技术问题

（二）本文研究的主要内容 

二、矢量控制技术及双馈电机的数学模型 

（二）矢量变换规律

（二）双馈电动机的数学

（二）矢量控制系统的基本

三、双馈电机性能的仿真

（二）功率流程看双馈电机

（二）双馈电机仿真计算的数学

四、 双馈电机矢量控制系统及

（二）双馈电机转子电流

（二）双馈电机的定子磁场

（二）实现磁场定向后，双馈电机内部各变量之间的

（二）双馈电机转子电流定向矢量控制调速系统的实现及

五、结论

参考文献

[1] 黄守道，胡必武，欧阳红林.双馈电机的工业应用展望.湖南大学学报.第26卷第

4期 1999年8月，67-70

[2] 姜孟文.新型变速恒频恒压放电装置.电气自动化.1994年第3期，44-46

[3] 黄曦东.交流双馈电机的稳态运行性能.哈尔滨电工学院学报.第18卷第4期 1995

年，385-390

[4] 武春喜，马志云等.双馈电机稳态分析与仿真[J].电机与电器技术.2000年.第5期，

12-15

[5] 许大中.交流电机调速理论.浙江大学出版社.1991

[6] 陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社.2003

[7] 李娟娟.双馈电机矢量控制调速系统及仿真.合肥工业大学.2004

[8] 刘志强，王娜，魏学森.无速度位置传感器转子电流定向双馈电机的矢量控制调速

[J].中小型电机.2002年第6期，38-42

[9] 黄科元，贺益康，卞松江.矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究

[J].中国电机工程学报.2002年第11期，100-105

[10]李娟娟，陈鸣，张敬华.双馈电动机转子侧你变电路设计与控制.合肥工业大学学

报.第26卷第4期 2003年，623-627

[11]B.Chitti Babu，K.B.Mohanty. Doubly-Fed Induction Generator for Variable Speed Wind Energy Conversion Systems- Modeling & Simulation. International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol. 2, No. 1, February, 2010