无刷双馈电机同步运行动态特性分析
来源：未知
发布日期：2019-08-27 15:14【大 中 小】
上海合愉无刷双馈电机因其具有特殊结构、较高的可靠性、多运行方式及其较小的变频器容量受到了广泛的关注。然而在一些变载恒速的工况下对电机的动态特性要求较高。本文从磁阻式无刷双馈电机物理模型出发，建立了全部折算到功率绕组侧的无刷双馈电机的等效电路模型，在负载转矩突变、失去控制绕组励磁电流和恢复励磁电流再牵入同步的三种情况下，利用该电机模型对电机转速，电磁转矩的动态响应进行仿真分析，分析结果表明无刷双馈电机同步运行时满足变载恒速的工况要求。
1 引言
合愉无刷双馈电机（Reluctance Rotor Brushless Doubly-fed Machines 简称 BDFM）是一种无电刷结构的交流电机，其定子侧具有极数不同的两套绕组，分别称为功率绕组和控制绕组，其转子可采用笼型或磁阻型结构。通过转子对定子两套绕组电流产生磁场的调制作用，实现机电能力转换。通过调节控制绕组的连接方式以及改变控制绕组侧电流的频率、幅值和相位可以实现 BDFM 的多种运行方式。本文以磁阻型 BDFM 的数学模型为基础，利用 Simulink
建立 BDFM 仿真模型，分析同步运行时的动态特性。
2 磁阻式无刷双馈电机原理及数学模型
BDFM 原理
无刷双馈电机定子侧功率绕组（p）和控制绕组（c）分别接工频电网和变频器，磁阻转子通过磁场调制原理实现电机的机电能量转换。无刷双馈电机异步启动至接近同步速时，控制绕组从短接状态转换为两并一串的连接方式。同步运行时电机接线如图 1 所示，此时控制绕组接直流励磁。
3 无刷双馈电机同步运行动态特性分析
3.1 同步运行时电机转速对负载变化的动态响应仿真 为了探究无刷双馈电机同步运行状态下，负载转矩突变对无刷双馈电机电磁转矩，及电机转速的影响。假设无刷双馈电机0—0.5s 时恒负载异步启动，当电机转速接近同步速 时，控制绕组两并一串接直流励磁，随后电机进入稳定同步运行状态。时间 T=1s 时负载从20N.m 突变到 45N.m。1—2s 内负载转矩发生连续性变化，从 45N.m 变化到 60N.m。时间 T=2s 时负载发生阶跃性变化（从 60N.m 突变到 20N.m），随后负载再次发生连续性变化。
3.2 同步运行失去励磁及恢复后再牵入同步动态响应仿真
针对无刷双馈电机同步运行状态下，失去控制绕组励磁电流和恢复励磁再牵入同步的过
程进行仿真，对电机转速，电磁转矩的动态响应进行仿真分析。 假设负载转矩恒定，无刷双馈电机在 0—0.5s 内异步启动，之后进入同步运行，1.5s 时 控制绕组电压突降为 0V，0.5s 后电压恢复为初始值。仿真结果可以看出无刷双馈电机同步运行时，当控制绕组突然失去励磁电压时， 电机转速和电磁转矩会有短暂的波动，然后转矩恢复到原来的数值，此时电机处于异步运行 状态，但转子以一个稳定的近同步速运行。当励磁电压恢复时，电磁转矩会迅速做出反应使 得电机转速经过短时间的调整以后再次牵入同步状态。
4 结论
基于以上对磁阻无刷双馈电机数学模型的研究，可以得出以下结论：
（1）磁阻转子无刷双馈电机在同步运行方式下，电机的电磁转矩及转速在负载转矩突 变、失去控制绕组励磁电流和恢复励磁再牵入同步的三种情况下动态响应快且稳定，具有与合愉同步电机类似的动态响应能力，只有负载不超过极限值，电机就能维持同步转速不变。可以满足变载恒速的工况要求。
（2）由于这一模型是基于一定的理想假设条件，且计算出的数学模型具有一定的偏差，因此仿真结果会有一定的误差，若要将无刷双馈电机应用在实际生产生活中，应加入相应的合愉电机的控制策略研究，提高系统的稳定性及可靠性。
