第五章 定子磁场定向矢量控制

第五章 定子磁场定向矢量控制

5.1 转子电流控制

在双馈电机定子磁场定向的矢量控制策略中，通常将同步旋转坐标系的d 轴与双馈电机定子磁场相重合，逆时针旋转90度的方向作为q 轴方向，即在同步旋转dq 坐标系中定子磁链可表述为： ⎩⎨

⎧ψ=ψ=ψs sd

sq 0 （5-1）

其中，s ψ为定子磁链的幅值。

由此，在定子磁链定向的情况下，重写双馈电机在同步旋转坐标系中的定转

子电压方程、磁链方程：

⎪⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎪⎨⎧+

+=+-=+-=+

-=qr

dr s qr r qr dr

qr

s dr r dr ds

qs s qs ds

ds s ds dt

d i r u dt d i r u i r u dt

d i r u ψ

ψ

ωψψωψωψ

1

（5-2）

⎪⎪⎩⎪⎪

⎨

⎧+-=ψ+-=ψ+-=+-=ψqr r qs m qr

dr r ds m dr

qr

m qs s dr m ds s s i

L i L i L i L i L i L i L i L 0 （5-3）

求解后，得：

qr s

m qs i L L i =

、()ms dr s

m ds i i L L i -=

（5-4）

其中：m

s ms L i ψ=

，称为通用励磁电流

计算转子磁链如下：

⎪

⎪

⎩

⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=ψ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-+=ψqr r s m qr dr r s m

ms s

m

dr i L L L i L L L i L L 2

22

（5-5）

设⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=s

m

r s L L L L 2σ为漏磁系数，则5-5式又可表示为：

⎪⎩⎪⎨⎧=ψ+=ψqr r qr

dr r ms s

m

dr i

L i L i L L σσ2 （5-6）

利用式5-2计算转子电压如下：

⎪⎪⎩

⎪

⎪⎨

⎧

+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=+-=qr

r dr r ms s m s qr r qr dr

r qr r s dr r dr

i dt d L i L i L L i r u i dt d L i L i r u σσωσσω2 （5-7）

式5-7便是采用电压源变流器对双馈电机转子电流控制的理论依据，式中

ms

s

m s

i L L 2

ω为双馈电机反电势所引起的扰动项，dr r s i L σω与qr r s i L σω-为旋转电势所

引起的交叉耦合扰动项，扰动项和耦合项给调节器的设计造成一定的困难。

为此可采用前馈补偿控制策略，把反电动势引起的扰动项和旋转电动势引起的交叉耦合项等扰动项前馈解耦后，双馈电机转子d 轴电流直接由转子侧d 轴端电压dr u 控制，转子q 轴电流直接由转子侧q 轴端电压qr u 控制。此时，当双馈电机转子电流采用PI 调节器，并以PI 调节器的输出来控制式5-7中的转子电流动态项时，则转子电压dr u 和qr u 的控制方程如下：

()(

)

⎪⎪⎩

⎪

⎪⎨

⎧⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛++-⎪⎭⎫

⎝⎛+=--⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=dr r ms s

m

s qr qr irI

irP qr qr r s dr dr irI irP dr

i L i L L i i s K K u i L i i s K K u σωσω2

*

*

（5-8）

其中，irP K 、irI K 为转子电流内环比例系数和积分系数，*

dr i 、*qr i 分别为转子

电流d 轴、q 轴分量的指令值。

5.2转子电流指令

根据电磁转矩方程4-6，以及式5-4、式5-6可得在定子磁场定向同步旋转坐

标系下双馈电机电磁转矩表达式为：

()qr

ms s

m p

qs ms m p qs ds p ds qs qs ds p e i i L L n i i L n i n i i n T 2

==ψ=ψ-ψ= （5-9）

上式表明，双馈电机在定子磁场不变，即ms i 恒定的情况下，双馈电机的电磁转矩的大小与双馈电机转子电流的q 轴分量成正比。 根据式4-7、式5-4，并在忽略定子电阻的情况下，可得：

⎪⎩⎪⎨

⎧-=+=qs

ds ds qs qs

qs ds ds i u i u Q i u i u P 11 =〉()

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

-==ms

dr

s

m qs qr

s m qs i i L L u Q i L L u P 11 （5-10）

上式表明，在利用转子电流q 轴分量qr i 控制双馈电机电磁转矩的同时，也控

制了其定子侧有功功率，而定子侧无功功率的调节可通过转子电流的d 轴分量dr i 进行控制，而相应的dr i 的指令值*

dr i 取决于具体的控制要求，如无功功率控制、

定子电压控制、功率因数控制等。