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2 双馈电机的动态模型 . 4
2.1 DFIM 在三相静止 ABC 坐标下的数学模型. 4
2.2 两相静止静止坐标系下的数学模型. 7
2.3 DFIM 在两相同步旋转坐标系下的数学模型 8
2.3.1 两项同步旋转坐标系下 DFIM 数学模型. 8
2.3.2 同步旋转坐标系下 DFIM 电压方程的简化形式 10
2.4 坐标变换 11
2.4.1 功率守恒下的坐标变换. 12
2.4.2 坐标变换的仿真分析 14
2.5 功率特性 16
3 转子侧控制策略 . 18
3.1 转子侧变换器的功能与控制 18
3.2 电网电压恒定下 DFIM 的两种传统的矢量控制技术[7] 19
3.2.1 基于定子电压定向的矢量控制. 19
3.2.2 DFIM 定子磁链定向矢量控制 .. 21
3.3 空间电压矢量（SVPWM）调制方法 23
3.3.1 空间矢量脉宽调制技术（SVPWM).. 24
3.3.2 SVPWM 的原理 24
3.3.3 空间矢量 PWM 的 SIMULINK 仿真 28
3.4 转子侧 PWM 仿真结果分析 33
3.4.1 转速电流双闭环仿真模型.. 33
3.4.2 转子侧 PWM 仿真及结果分析 34
4 网侧 PWM变换器模型及控制策略 .. 36
4.1 网侧 PWM 变换器的工作原理和数学模型 . 36
4.1.1 三相电压型 PWM 变换器的工作原理 36
4.1.2 三相 PWM 变换器的控制策略 37
4.1.3 电压电流双闭环下的网侧 PWM 数学模型 .. 41
4.2 三相 PWM 变换器的参数选取 .. 44
4.2.1 三相 PWM 变换器直流侧电压的选取原则.. 44
4.2.2 三相 PWM 变换器直流侧支撑电容的设计.. 44
4.2.3 电流内环控制器的设计. 45
4.2.4 电压外环控制器的设计. 47
4.3 网侧 PWM 变流器的仿真与分析. 49
4.3.1 网侧 PWM 变流器的仿真模型 49
4.3.2 不同状况下的仿真波形. 51
4.4 双馈电机调速系统仿真 56
5 总结与展望 .. 60
致谢 . 61
参考文献 62
1 绪论
1.1 双馈电机调速系统的产生 随着全球经济一体化的全面发展，人类已步入了飞速发展的新时代。信息、能源、材料这三大支柱产业是21 世纪人类走向新文明生活的重要基石。其中能源产业不仅对发达国家产生非同小可的影响， 尤其对于中国这样发展中国家，为实现其可持续发展的长期战略目标，是更加重要的。 自1973年世界发生石油危机以来，能源价格暴涨和能源短缺问题已经引起了人们对节能问题的强烈关注。而在世界能源紧张、能源费用高涨的今天，交流调速作为能源的一个重要手段，更是引起人们的高度重视。究其原因：一方面，交流传动负载在各国用电量中都占很大比较（工业发达国家，大都占一半以上），对这类负载实现节能，可以获得十分可观的经济效益；另一方面，交流传动本身存在很大的可以挖掘的节电能力。在许多交流传动装置中，交流电动机及其所用的机械在选用时往往都留有一定裕量，而且也不是总在最大负载下运行：轻载时，若利用电力电子变流装置改变施加在电动机上的电压，可达到节约电能的目的。以工业上大量使用的风机、水泵、压缩机为例，这类机械都是采用交流电动机拖动，其用电量占工业用电量的50%，过去都是靠调节风门、闸阀来改变流量，使大量的电能被浪费掉；如果换成交流调速系统，采用电动机调速来改变流量，则消耗在阀门上的功率就能节省下来，每台可节能30%以上。总的来说，节能效果是很可观的。 双馈调速系统的早期阶段是一种称之为“串级调速”的系统，在我国当时的技术条件下应用最为广泛，由于其技术较为简单，运行可靠，所以特别适合于中小企业交流传动装置的技术改造，以求达到节能及提高产品质量的目的。在其大范围的几十年间，绕线转子异步电动机的串级调速系统在企业中大量广泛推广，并取得了显著的经济技术效益。在此阶段存在着以下重要问题， 即采用普通晶闸管的一般绕线转子异步电动机的串级调速控制系统存在着一个很大的缺陷， 即在运行中， 其对电网的功率因数很低， 即使在高速满载时，它的功率因数也只有0.6 左右， 而在低速运行时， 功率因数将更低， 这种过大的无功损耗，从节能的角度考虑是极为不利， 所以工程界和学术界针对此进行了较为深入的研究，对于节能有着极其重要的意义。 双馈电动机控制的基本思想就是要有效地利用异步电动机的转差能量。 按照不同的转速区和运行工况，可以将双馈电动机运行分为四种工况，即超同步转速发电，亚同步转速发电，超同步转速电动，亚同步转速电动工况，在不同的运行工况时，具有不同的能量传递关系，人们通常把运行于发电工况的双馈电动机称为双馈发电机。 根据电动机转子侧转差功率的流动方向，可以把上述工况分为两类。第一类是指由双馈电动机流向变流器的工况。 这类工作状况包括超同步转速发电工况、亚同步转速电动工况。超同步转速发电工况时，转差率 s<0,由原动机传到双馈电动机轴上的机械功率，一电动机定子侧回馈到电网。亚同步转速电动工况时，s>0，双馈电动机的电功率，扣除定子电阻损耗后， 回馈到电网。 所以传动系统的效率很高， 即使是工作在低速时效率也很高。 第二类工况是指双馈电动机转子侧的转差能量是由变流器流向电动机转子。这类工况包括超同步转速电动工况和亚同步转速发电工况。在超同步转速电动工况下，s<0,电网输入的功率分别经过定子和转子转换为机械输出。而在亚同步转速发电工况下，s>0，原动机输入的机械功率和转子获取的电功率都以电磁功率的形式通过定子回馈到电网， 而电网通过转子获取的电功率都以电磁功率的形式通过定子回馈到电网， 而电网通过转子侧变流器向电动机转子提供转差功率。 由以上分析可得，双馈电动机的能量流动方式与一般电动机不同，它不仅可以同步转速上下运行，而且依靠对励磁电流的频率、相位和大小进行调节，可以实现变速运行，同时还可以调节电动机的功率因数，进行无功调节。双馈电动机在作为发电运行时，可以做到变速恒频；在作为电动运行时，可以调节无功。 双馈电机调速系统和普通交流调速系统相比，具有独特的优点，主要体现在以下几个方面[1]：
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