双馈电机调速
电机调速方法
电机调速方法电机调速是工业生产中常见的一项技术，它可以通过改变电机的转速来满足不同生产工艺的需要。
在工业自动化控制系统中，电机调速技术的应用非常广泛，它可以提高生产效率，降低能耗，改善产品质量，实现自动化生产。
本文将介绍几种常见的电机调速方法，希望能为大家在工程实践中提供一些参考。
1. 变频调速。
变频调速是目前应用最为广泛的一种电机调速方法。
它通过改变电机输入的电压和频率来控制电机的转速。
变频器是实现这一目的的关键设备，它可以根据生产工艺的需要，精确地控制电机的转速，实现恒定转矩输出。
变频调速具有调速范围广、精度高、响应快的特点，适用于各种负载类型和工艺要求。
2. 软启动调速。
在一些需要对电机进行平稳启动和减速的场合，常常采用软启动调速方法。
软启动器可以通过逐步增加电压和频率，使电机平稳启动，避免了启动冲击和对设备的损坏。
在停机时，软启动器也可以实现平稳减速，延长设备的使用寿命，提高生产效率。
3. 电阻调速。
电阻调速是一种简单粗暴的调速方法，它通过改变电机的外接电阻来调节电机的转速。
这种方法成本低廉，结构简单，但效率较低，调速范围有限，适用于一些简单的负载类型和转矩要求不高的场合。
4. 极数调速。
在一些特殊的场合，可以采用改变电机的极数来实现调速的目的。
通过改变电机的绕组接法，可以改变电机的极数，从而改变电机的转速。
这种方法适用于一些特殊的工艺要求，如风力发电、提升设备等。
5. 双馈调速。
双馈调速是一种较为复杂的调速方法，它通过在电机转子绕组和定子绕组上分别加上可调的电阻，来实现对电机转速的调节。
这种方法调速范围广，适用于一些大功率、大转矩的负载类型。
总结。
电机调速技术在工业生产中起着至关重要的作用，它可以提高生产效率，降低能耗，改善产品质量，实现自动化生产。
在选择电机调速方法时，需要根据具体的生产工艺要求，综合考虑成本、精度、响应速度等因素，选择合适的调速方法。
希望本文介绍的几种电机调速方法能够为大家在工程实践中提供一些参考，帮助大家更好地应用电机调速技。
异步电机双馈调速工作原理
异步电机双馈调速工作原理首先，异步电机双馈调速的基本工作原理是通过降低转子电压的频率来调整转子的转速。
根据电机的转子电压等于输入电压减去转子电流的电压降，通过降低转子电压的频率，可以实现转子转速的调整。
具体来说，通过改变额外绕组的电压和频率，调整电机的转子电压和转速。
当降低转子电压的频率时，转子电流的幅值减小，转子电力降低，转子的转速也随之降低。
反之，当增加转子电压的频率时，转子电流的幅值增加，转子电力增加，转子的转速也随之增加。
其次，异步电机双馈调速还包括电流均分控制。
电流均分控制是指通过调整额外绕组的电压和频率，使额外绕组的电流分布均匀，使得转子的各个绕组受到的转矩相等。
通常情况下，额外绕组的电流分布不均匀，可能导致转子产生额定转矩以下的转矩。
电流均分控制可以通过调整额外绕组的电压和频率，使得额外绕组的电流分布均匀，从而实现转矩均分，提高电机的工作效率。
最后，异步电机双馈调速还涉及到转矩控制。
转矩控制是指在转速调整的同时，实现对电机输出转矩的控制。
通过改变额外绕组的电压和频率，可以调整转子的电磁转矩大小。
一般来说，转子电压越大，额外绕组电压越大，电磁转矩也越大。
通过控制额外绕组的电压和频率，可以实现对电机输出转矩的控制，使电机能够适应不同负载条件下的需要。
需要注意的是，异步电机双馈调速需要额外安装绕组和调速装置，相比于普通的异步电机，成本和复杂度都会有相应的增加。
但由于其实现了转速和转矩的调控，使得电机能够适应不同负载条件和工作需求，广泛应用于风力发电、轨道交通等领域，成为现代工业中常见的调速技术之一综上所述，异步电机双馈调速的工作原理包括转子电压降频调整、电流均分控制和转矩控制三个方面。
通过调整额外绕组的电压和频率，可以实现电机的转速和转矩的调节，从而适应不同工况和需求。
这项技术的应用在现代工业中具有重要的意义，可以提高电机的工作效率和稳定性，减少能源的消耗。
(4).交流电机串级调速和双馈调速
19 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 （2）次同步速回馈（1>S’>0)
—交流电机调速理论与方法—
电磁功率 PM< 0 机械功率 Pmec< 0 转差功率 PS> 0
制动转矩
20 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 （3）超同步电动（S’<0)
αp
Ce
Ce
浙江大学电气工程学院
—交流电机调速理论与方法—
AB：①状态 BC：②状态 C以后：③状态，不能正常工作
4、串调系统的功率因数 功率因数低的原因： 逆变桥相位滞后，吸收无功 波形畸变 电动机、逆变变压器吸收无功 转差功率回馈，相当于电网吸收无功 例：调速范围2:1
2008-10-12
低速：0.4～0.5
—交流电机调速理论与方法—
14 大学电气工程学院 5、串调系统的起动 调速范围按0→nN设计的系统，可直接起动
—交流电机调速理论与方法—
停车次序：先断开电机侧电源，后断开逆变器侧交流电源
15 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 二、绕线式异步电机双馈调速系统 1、双馈调速的基本原理
浙江大学电气工程学院 （5）倒拉反转 电动（S’>1)
—交流电机调速理论与方法—
电磁功率 PM> 0 机械功率 Pmec< 0 转差功率 PS< 0
23 2008-10-12 交流电机串级调速和双馈调速
浙江大学电气工程学院 3、他控与自控 （1）他控式（也称同步工作方式）
—交流电机调速理论与方法—
浙江大学电气工程学院 三、双馈式变速恒频风力发电系统 1、绕线式异步电机 （1）系统结构
21双馈调速原理
运动控制系统专题报告说明书题目：绕线式异步电动机双馈调速系统专业班级：电气自动化03班学号：姓名：指导教师：成绩：2014年6月16日至6月30日一．双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1．1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率S 。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压U ，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量U ，有三种典型方向可以使用 (1)U 2与转子感应电势E 20s 同相 (2)U 2与转子感应电势E 20s 反相 (3U 2超前转子感应电势姬，E 20s 90度其中，与转子感应电势E 20s 同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势 E 20s 90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：(1)异步电动机正常运行时的矢量关系如图1．1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗z 1后有.1U ≈-.1E =.2sE 电机定子电流.m .2.1I I I -+=电机定子、转子的功率因数角分别为α,β。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势E 20s 同相时的矢量关系如图1．1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值.2sE保持不变，即满足.2..22.ESUsE+=随着附加电势折算值U2的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。
绕线转子异步电动机双馈调速系统
此时功率变换单元CU得组成如图7-3a所示,其中 CU1就是整流器,CU2就是有源逆变器。对于工况4 和5,电动机转子要从电网吸收功率,必须用一台变 频器与转子相连,其结构如图7-3b,CU2工作在可控 整流状态,CU1工作在逆变状态。
Er sEr0
(7-1)
式中s ——异步电动机得转差率;
Er0 ——绕线型异步电动机转子开路相电动势, 也就就是转子开路额定相电压值。
7、1、1 绕线转子异步电动机 转子附加电动势得作用
图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势得原理图
转子相电流
在转子短路情况பைடு நூலகம்,转子相电流得表达式为
Ir
sEr0 Rr2 (sX r0 )2
绕线转子异步电动机双馈调速方法早在20世纪30年 代就已被提出,到了60~70年代,当可控电力电子器 件出现以后,才得到更好得应用。
7、1 绕线转子异步电动机双馈 调速工作原理
异步电动机由电网供电并以电动状态运行时,她 从电网输入(馈入)电功率,而在其轴上输出机械 功率给负载,以拖动负载运行。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
11
7、1、2 绕线转子异步电动 机双馈调速得五种工况
在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控得附加 电动势并改变其幅值,就可以实现对电动机转速 得调节。
可控附加电动势得引入必然在转子侧形成功率得 传送,既可以把转子侧得转差功率传输到与之相 连得交流电源或外电路中去,也可以就是从外面 吸收功率到转子中来。
7、2、1串级调速系统得工作原 理
6串级双馈调速系统
由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，s和Pm都可 正可负，因而可以有几种不同的工作情况。
异步电机在转子附加电动势时的工况及其功率流程 a.若在转子侧每相加上与Er0同相的
J dω Te − TL = n p dt
当引入同相的附加电动势后： 电动机转子回路的合成电动势增大了，转子电流和电磁转矩也相应增大。 由于负载转矩未变，电动机必然加速，因而s降低，转子电动势Er=sEr0随之 减少，转子电流也逐渐减少，直至转差率降低到s2(<s1)时，转子电流Ir又恢 复到负载所需的原值，电动机便进入新的更高转速的稳定状态。
转子电动势Er值与 转差率s成正比
s—异步电动机的转差率； Er0—转子额定相电压值（绕线型异步电动机在转子不动时的相电动势， 或称转子开路电动势）。 （2）在转子短路情况下，转子相电流Ir的表达式为
Ir =
sEr 0 Rr2 + ( sX r 0 ) 2
Rr——转子绕组每相电阻； Xr0——s=1时的转子绕组每相漏抗。
c.电机在超同步转速下作回馈制动运行 c.电机在超同步转速下作回馈制动运行 这种运行状态的必要条件是有位能 性机械外力作用在电机轴上，并使电机 能在超过其同步转速的情况下运行。 典型的工况为电机拖动车辆下坡的运 动，此时电机的运转方向和上坡时一样 ，但运行状态却变成回馈制动。 转速超过其同步转速，s<0，Is、Ir和 sEro的相位都与电动运行时相反。若处 于发电状态运行的电机转子回路再串入 一个与sEro反相的附加电动势+Eadd，电 机将在比未串入+Eadd时的转速更高的状 态下作回馈制动运行。 电机功率由负载通过电机轴输入，从 电机定子侧与转子侧馈送至电网。 |Pm|+|sPm|=|(1-s)Pm|，（Pm与s本身都 为负值）。
交流电机的调速方法
交流电机的调速方法一、概述交流电机是工业生产中常见的一种电动机，广泛应用于各个领域。
为了满足不同的工作需求，我们需要对交流电机进行调速。
本文将介绍几种常见的交流电机调速方法。
二、电压调速法电压调速法是最简单常用的调速方法之一。
它通过改变电机的供电电压，来控制电机的转速。
当电压降低时，电机的转速也会相应降低，反之亦然。
电压调速法的优点是结构简单、易于实现，但其调速范围相对较小，且容易引起电机的过热。
三、频率调速法频率调速法是一种常用的调速方法，尤其适用于大功率交流电机。
它通过改变电机供电的频率，来实现调速。
当频率增加时，电机的转速也会相应增加，反之亦然。
频率调速法的优点是调速范围广，调速精度高，但需要配备专门的变频器设备。
四、极对数调速法极对数调速法是一种通过改变电机的极对数来实现调速的方法。
电机的极对数是指电机的励磁线圈和转子磁极之间的对应关系。
通过改变励磁线圈的接线方式，可以改变电机的极对数，从而实现调速。
极对数调速法的优点是调速范围广，调速精度高，但需要一定的机械改造。
五、转子电阻调速法转子电阻调速法是一种通过改变电机转子电阻来实现调速的方法。
通过改变转子电阻的大小，可以改变电机的转矩和转速。
转子电阻调速法的优点是调速范围广，调速响应快，但需要配备专门的转子电阻装置。
六、磁阻调速法磁阻调速法是一种通过改变电机磁阻来实现调速的方法。
通过改变电机磁路中的磁阻，可以改变电机的转矩和转速。
磁阻调速法的优点是调速范围广，调速精度高，但需要一定的机械改造。
七、矢量控制调速法矢量控制调速法是一种通过改变电机的电流矢量来实现调速的方法。
通过对电机的电流进行矢量控制，可以精确控制电机的转速和转矩。
矢量控制调速法的优点是调速范围广，调速精度高，但需要配备专门的矢量控制器。
八、双馈调速法双馈调速法是一种通过改变电机的转子电流和定子电流来实现调速的方法。
电机的转子和定子之间通过电枢绕组进行耦合，通过改变电机的电流分配比例，可以实现调速。
2双馈调速原理
一.双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1. 1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：厶=(sE初土 S)/｛尸；+(此2)' j可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率s。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压u，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量u,有三种典型方向可以使用(1) 与转子感应电势同相(2) 与转子感应电势反相(3超前转子感应电势姬，90度其中，与转子感应电势同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：⑴异步电动机正常运行时的矢量关系如图1. 1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗后有~ -=-s电机定子电流+电机定子、转子的功率因数角分别为a , B。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势。
同相时的矢量关系如图1.1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值保持不变，即满足s U2+ 随着附加电势折算值u;的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。
当附加电势折算值增大到大于系统原有s时，会使系统新的转差率S'变负，即电机转速超过同步转速。
此时的矢量关系如图1-1(d)所示。
(3) 附加电势U2与转子感应电势。
反相时的矢量关系如图1 —1(c)所示，其分析方法同上。
交流电机调速的方法
交流电机调速的方法交流电机调速的方法有很多种，包括电压调节法、频率调节法、转子电阻调节法、转子电压调节法、双馈电机调节法等。
下面我将逐一介绍这些方法。
首先是电压调节法。
电压调节法是通过调节电源给电机供电的电压来实现调速的。
在这种方法下，当电机负载增加时，通过增加电源电压，可以补偿电动势降低的现象，从而保持电机转速的稳定。
电压调节法简单易行，但调速范围有限，大部分采用在低速和中速范围内。
其次是频率调节法。
频率调节法是通过调节电源给电机供电的频率来实现调速的。
在这种方法下，改变电源频率可以改变电机的同步转速，从而实现调速。
这种方法适用于大功率电机，调速范围较大。
但是，频率调节法需要采用变频器来改变电源频率，变频器的实现成本较高。
第三是转子电阻调节法。
转子电阻调节法是通过改变电机转子绕组的电阻来实现调速的。
在这种方法下，通过改变转子电阻可以改变转矩特性，从而实现调速。
这种方法适用于大功率电机，调速范围较大。
但是，转子电阻调节法会引起电机的发热问题，需要进行散热处理。
第四是转子电压调节法。
转子电压调节法是通过改变电机转子绕组的电压来实现调速的。
在这种方法下，通过改变转子电压可以改变转矩特性，从而实现调速。
这种方法适用于大功率电机，调速范围较大。
但是，转子电压调节法会引起电机的发热问题，需要进行散热处理。
最后是双馈电机调节法。
双馈电机调节法是通过调节电机的转子电压和转子电流来实现调速的。
在这种方法下，通过改变转子电压和转子电流的相位关系，可以改变电机的转矩特性，从而实现调速。
双馈电机调节法适用于大功率电机，调速范围很大，同时具有良好的性能和稳定性。
综上所述，交流电机调速的方法有很多种，每种方法都有自己的特点和适用范围。
选择合适的调速方法需要根据电机的功率、运行要求和经济性来综合考虑。
在实际应用中，常常会根据需要采用多种调速方法的组合，以实现更好的调速效果。
异步电机双馈调速系统
且有：
imd isd ird
(7-38)
Lmimd md
(7-39)
imq isq irq
(7-40)
Lmimq mq
(7-41)
磁链定向
在双馈调速系统中常用定子磁链定向或
7.6.1 双馈调速系统的构成
要在任何转速下使变频器输出电压与电机 转子感应电动势都有相同的频率，对变频器 输出的频率有两种控制方式：
他控式
自控式
1. 他控式双馈调速系统 系统组成
图7-21 他控式双馈调速系统原理图
工作原理
由独立的控制器控制变频器的输出频 率，即直接控制输入电机转子的电压频率 f2 。由于 f2 满足 f2 = s f1 的关系式，所以 电机一定在对应于 s 的转速下运行，且不 随负载变化。
概述
上述的异步电动机串级调速系统是从定 子侧馈入电能、从转子侧馈出电能的系统， 从广义上说，它也是双馈调速系统的一种。
但人们往往狭义地认为双馈（Double Fed）就是从定子侧与转子侧都馈入电能的 -1-2节的分析可知，异步电机双馈 工作时，其转子电路应连接一台变频器作 为功率变换单元，以供给转子绕组所需频 率的电功率，控制这个电功率即可实现调 速。
性能评价：
由于对变频器的输出可以自动控制，使 系统有较强的调节能力，稳定性也较好， 可以避免失步现象，所以可用于有冲击性 负载的场合。这种方式还具有调节电机定 子侧无功功率的功能。
*7.6.2 双馈调速系统的矢量控制
问题的提出
双馈调速系统可以看作是异步电动机转 子变压变频调速系统，为改善系统的动态 品质，可以仿照定子变压变频系统那样采 用矢量控制方法，建立对电磁转矩的控制 规律。
6章 绕线式异步电机的串级调速及双馈调速系统
r
add
M 3~ Er =SEr0 Ir
.
.
Eadd
+
sEr0 Eadd I r Te n s
图6-1 绕线式异步电动机转子 附加电动势的原理图
此时转速下降，转子电动势 Er sEr0 随之增大，转子电流也逐渐增大 直至转差率s增大到 s 时，使得
sEr0 Eadd sEr0 Eadd
（6.2）
（6.3）
Pmech 1 s Pm
• 转差功率为
Psl sPm
（6.4）
• 定、转子的电磁功率相等即 Pms Pmr Pm
•根据动力学原理，异步机的理想空载机械角速度
m Pm / Te
式中，
m
（6.5）
Pm 为异步机电磁功率；
Te 为输出转矩。
•
（6.5）的异步机理想空载机械角速度为电磁功率与电磁转矩 之比，其含义是：在假定转子无损耗的理想状态下，异步机 的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的转速。转速降 即为转速损失，取决于转差功率。 • 由此可见，交流调速的实质在于控制其机械功率，电气上有 电磁功率控制和转差功率控制两种原则。
6.2.1绕线式异步电动机串级调速的工作原理
• 异步电机运行时其转子相电动势为： sE （6.7） E r r0 式中，s 为异步电动机的转差率； Er0为绕线式异步电动机在转子不动时的相电动势， 或称转子开路电动势，也就是转子开路额定相电压值。 • 在转子短路情况下，转子相电流Ir的表达式为： sE r0 Ir 2 （6.8） Rr2 sX r0 式中，Rr 为转子绕组每相电阻； Xr0 为s =1时的转子绕组每相漏抗。
• 主要是转子整流电路的以下不同点：
无刷双馈电机调速系统仿真研究
无刷双馈电机调速系统仿真研究张继东(神华准格尔能源有限责任公司炸药厂,内蒙古准格尔旗 010300) 摘 要:无刷双馈电机是在级联电机的基础上,结合电机设计技术和控制策略实现得一种新型电机。
该电机具有简单牢固的无刷电机结构、功率因数可调、变换装置容量较小、可以回馈使用的转子传差功率及多种运行模式等特点。
在变频调速和变速恒频发电领域具有重大实际应用价值。
关键词:无刷双馈电机;坐标变换;矢量控制 中图分类号:T M301.3 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)15—0010—04 无刷双馈电机(Brushless Doubly -fedMachine ,简写为B DF M )是一种结构简单、坚固可靠、异同步通用的电机,可在无刷情况下实现双馈。
它具有功率因数可调、高效率的特点。
无刷双馈电机是一种结构比较特殊的电机。
它的定子结构与一般的三相电机十分相似,但由极数不同的两套三相绕组(可由一套绕组或两套绕组实现),分别称为功率绕组和控制绕组。
转子不需要电刷和滑环。
它的转子结构可为磁阻式和笼型。
定子上极数不同的旋转磁场通过转子的调制作用实现机电能量转换。
电机定子不同的接线方式以及定子绕组所加电压的频率、幅值和相位的变化可实现异步运行、同步运行、双馈运行和发电以及制动等多种运行方式,(即异同步通用的电机,可在无刷情况下实现双馈)。
因此具有有笼型、绕线型异步电机和电励磁同步电机的共同优点,而且具有良好的运行性能。
由于无刷双馈电机有很突出的优势,近些年来对于无刷双馈电机的控制成为热门研究项目。
建立d-q 模型就是处理其复杂的数学模型的方法之一。
d -q 模型是在网络电路的电压方程式的基础上发展起来的。
它进一步简化了数学模型,使之更直观使用更方便,特别是节约了计算时间,有利于控制方法的实现。
本文对无双馈电机的结构与工作原理进行了分析和研究,建立其在转子速旋转坐标系下的d -q 数学模型。
应用Mat lab/simulink 仿真环境验证模型的正确性,并对该电机的各种运行状态进行了仿真研究。
双馈电机双三电平调速系统的研究
平 算 法 快 速 求 出 Ｔ 、 Ｔ ， 、 Ｔ 的 值 ， 这 样
相 当千 ＝ 由 平 ￣ ｇＪ ． ｋ 两 由平 计
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二 双馈 电机调速 系统示意图
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（ ａ ） 整流器控制框 图
角形扇区分为 四个小三角形 ， 再通过对每个小三角 形 内的给定 电压空间矢量分解 ， 得 出各基本矢量 的 作用时间。这类方法过于繁琐 ， 不易在线实时计算 ，
所 以在实 际 中较少 运用
。
一（ ｂ ） 可以看 出， Ｖ 耐的合成次序为 Ｖ （ ０ ， － １ ， 一 １ ） 一Ｖ ， （ １ ， 一 ｌ ， １ ） 一Ｖ （ １ ， ０ ， 一 １ ） 一Ｖ （ １ ， ０ ， ０ ） 。 其 中， （ １ ， 一 １ ， 一 １ ） 、 （ １ ， ０ ， ． １ ） 为大中矢量 ， 在一股 情况下对中点 电位没有 影 响， 而（ ０ ， 一 １ ， ． １ ） 与（ １ ， ０ ， ０ ） 为互逆冗余小矢量 ， 对 中点电位具有相反的影响，那么通过引入 中点电位
（ ｂ ）
Ｉ
】 Ｉ
ｍ
ｖ ａ 一 一 ／ ３
一 ／ ６
ｆ ＋ｖ ｜ ６
一
一
硝一 ￣／ ２ ４ ５
一
／ ２ ４ ５
三电平 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 简化算法示意图
Ⅳ
Ｖ
Ｖ
电力系统中的双馈电机调速技术研究
电力系统中的双馈电机调速技术研究随着近年来电力需求的不断增加，电力系统的发展也得到了极大的关注。
其中，电机是电力系统中不可缺少的重要组成部分。
然而，传统的电机调速技术存在一些不足，例如效率低、响应慢等问题。
针对这些问题，出现了一种新型的电机调速技术——双馈电机调速技术。
本文将从双馈电机的定义、原理、应用以及未来发展等多个角度来进行探讨。
一、双馈电机的定义双馈电机，简称DFM，全称为Double Fed Machine，是一种采用异步电机结构的电机，通过双馈变频器的控制可以实现电机的调速。
双馈电机的转子绕组可以分为两部分，一部分固定在转子上，另一部分则通过滑环与转子连接。
其中，固定在转子上的绕组为主馈风绕组，通过电网供电；而与转子相连的滑环绕组则为副馈风绕组，通过双馈变频器供电。
相比于传统的电机，双馈电机可以实现更广泛的转速范围、更高的效率以及更好的响应性能。
二、双馈电机的原理在双馈电机中，电机转子的主馈风绕组与副馈风绕组可以相互独立运行。
主馈风绕组采用传统的饱和型异步电机结构，通过电网供电，产生主旋转磁场。
而副馈风绕组通过双馈变频器的控制，可以在不同转速下为主旋转磁场提供不同的励磁电压。
由于副馈风绕组与电极的联系是通过滑环来实现的，因此可以大幅度提高电机的转速范围，并且使得电机在低频时也可以保持高效率。
同时，在调速方面，双馈电机也具有很高的灵活性。
由于副馈风绕组可以根据需求调整电压大小和相位，因此可以实现宽范围调速，使得电机可以适应不同的负载、不同的转速需求和不同的电网条件。
三、双馈电机的优势与应用相较于传统的电机调速技术，双馈电机有以下几个优势：1、高效率：双馈电机的转子结构采用异步电机结构，相比于同步电机具备更好的动态响应和更低的成本。
同时，副馈风绕组的设置可以大幅度提高电机效率，具备非常低的铜损耗和机械损耗。
2、广泛的转速范围：副馈风绕组的设置可以实现大范围调速。
相比于传统的电机，双馈电机可以适应不同的负载和不同的转速条件，具有更广泛的应用范围。
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双馈电机调速科学技术的迅猛发展，人类社会已进入到一个飞速发展的时期，能源、材料、信息的发展在其中起到了举足轻重的作用。
纵观人类历史文明的每次进步与更迭都与能源与材料的开发应用密切相关。
中国是世界最大的发展中国家,同时也是世界第二大能源消费国, 正确认识中国能源消费状况与能源消费结构,实现能源、经济和社会之间的协调发展,是中国所面临和必须解决的重要课题。
上世纪70年代,石油危机给工业国家的经济带来了沉重的打击,这大大促进了全球范围内对可再生能源的开发及节能技术的研究。
尤其是近年来,随着石油价格的节节攀升,世界上许多国家一方面把可再生能源作为常规矿物能源的一种补充、替代能源，将可再生能源作为其能源发展战略的重要组成部分，另一方面积极开发和推广低功耗、高效率的节能技术。
作为世界上第二大能源消费国，我国一直把节能减排当成一个重要的战略来选择，并在十一五规划中提出了具体的目标和要求。
电能是能量的一种形式。
与其它形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。
故电能在工农业及人类生活中获得广泛的应用。
作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换装置——电机，在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。
目前，风机、水泵等机械设备的耗电量几占整个工业耗电量的一半，众所周知，采用变频调速技术后，风机和泵类负载可节约大量电能，平均30%左右。
因此开发高效率的交流调速系统，经济地利用好这一部分电能，对应对当前能源紧张和实践国家节能要求都有着很好的现实意义。
交流调速系统的应用与成熟是与电力电子技术，微电子技术以及控制技术的发展密切相关的。
20世纪上半页，鉴于直流拖动系统优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电动机，而当时约占电力拖动容量80%以上的不变速拖动都采用交流电动机，这种分工在一定的时间内已成为一种公认的格局。
那时，交流调速系统的多种方案虽然已经问世，并已获得应用，但其性能却始终不能与直流调速系统相匹敌。
但直流调系统也并不是那样的完美，直流电机由于具有电刷和换向器等机械结构，存在着固有的―换向这一理论和技术上的实际困难，限制了其应用范围，特别是在大功率和高电压条件下的应用；另外，直流电机维护困难，易产生火花也使得提高电机转速和极限容量受到了限制。
20世纪60～70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流调速系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统应运而生，交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。
交流电动机较之直流电动机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高的优势得到了充分的发挥，其在国民工业生产和生活的各个方面得到了广泛的应用。
随着交流电动机的广泛应用，以电力电子器件、微电子器件技术和控制技术等为基础的变频调速技术，有了突破性的进展，生产出满足变频调速要求的变频器，从此标志着交流调速进入了一个崭新的时代。
在变频器出现后的近三十年里，其被广泛的应用在纺织、冶金、印刷、化工、工矿、石油、医药、造纸卷烟等行业，从工业环境，到家居电器到处都能看到它的身影。
以应用广泛的交-直-交变频器为例，未来变频技术的发展主要有以下几个趋势：1、开关损耗降低：低压小容量变频器普遍采用的功率开/关器件是功率MOSFET、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和IPM（智能功率模块）。
中压大容量变频器采用的功率开关器件有：GTO（门极可关断晶闸管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）、SGCT（对称门极换流晶闸管）、IEGT（注入增强栅晶体管）和高压 IGBT。
由于新型开关元件的应用，使开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。
2、变频器的主电路：目前，变频器主电路结构为：变频器的网侧变流器对于低压、小容量的常采用 6脉冲变流器；对中压、大容量的常采用多重化12脉冲以上的变流器；负载侧变流器对低压、小容量的常采用两电平的桥式逆变器；对中压、大容量的采用多电平逆变器。
值得注意的是：对于四象限运行的传动系统，为实现变频器的再生能量向电网回馈而节约电能的目的，变频器同时也应满足能量的可逆流动。
双 PWM控制变频器，其可实现功率的双向流动，通过适当的控制策略可使输入电流接近正弦波，并使系统的功率因数接近于1，从而减少系统对电网的公害。
3、脉宽调制变压变频器的控制方法：脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制（SPWM）控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
4、交流电动机变频调速控制方法：交流电动机变频调速控制方法的进展主要体现在：由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展；开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统等方面。
5、微处理器的发展使数字控制成为现代控制器的发展方向：运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。
为了达到控制器的要求，国外各大公司纷纷推出DSP单片电机控制器，其以DSP （数字信号处理器)为内核，同时将电机控制所需的外围功能电路集成在一起。
DSP 单片电机控制器，其具有价格低、体积小、结构紧凑、使用便捷、可靠性高等特点，其运算能力较之普通单片机增强10～15倍，从而为确保系统有更优越的控制性能提供了前提。
数字控制使控制系统硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中的应用成为现实；另外，数字控制易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断和监视，使系统智能化。
双馈电机的发展交流电机根据其工作特性可以分为两类：同步电机和异步电机。
同步电机的特点是其转速与电压频率保持严格的同步关系，这一特性使其应用广泛，但是其存在着起动困难和重载时失步的缺点，这方面的问题在很大程度上又限制了它的应用领域。
相比而言，异步机电机由于有转差，运行在转速不要求与电网严格同步的场合，因而使用更为广泛。
异步电机根据其结构的不同，可以分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机。
双馈电机是绕线式异步机的一种，其有效的利用了绕线式异步机的结构特点，将定子绕组接到工频电网，转子绕组接到一个幅值、频率、相位都可以改变的三相电源上，转子侧的电源通过可逆变频器产生。
这样，电机的定子、转子同时独立供电，故称其为双馈。
双馈电机早在四十年代已出现，但很少得到实际应用。
在二十世纪八十年代，随着电力电子技术及变流技术的不断发展、大功率交－交变频器的出现，逐步产生了双馈电动机调速控制系统。
双馈感应电机在早期的文献中又被称为异步化同步电机、交流励磁电机。
世界上对双馈电机开发应用比较早的国家有前苏联、日本、德国等。
下面对他们各自的发展分别进行一下简要的介绍。
日本的早期研究在蓄能机组方面，1987 年日本日立公司在成出电站建成世界上第一台变速同步发电-电动机蓄能机组。
水轮额度出力为18.5 MW，额定转速为190-210 rpm，发电机容量为22 MVA，电压为11 kV，极对数为36，频率为60Hz，励磁容量为3.83MVA，采用双向逆变器励磁方式。
并在1995 年首次研究成功采用GTO 作为功率元件的世界最大容量的变速恒频抽水储能发电机组，应用于日本电源开发公司所属的奥清津电站2 号发电机，其发电电动机的单机容量高达345MW，转速调节范围为407～450rpm，流量为154 3 m /s 。
前苏联对异步化电机的研究始于50 年代中期，前苏电力科学研究所在两位博士的带领下，于1955 年成立了异步化同步电机实验室，并联合许多研究机构、设计单位及工厂，对这种电机的理论、结构设计、工业应用等方面做了大量的研究工作，积累了丰富的经验。
出版了3 部有关异步化电机的专著，发表百余篇论文，并申请了专利。
他们在理论方面，基本上建立了异步化电机的分析体系及控制规律，确立了相应的控制函数和控制电路，并完成了电力系统中异步化电机的稳态和暂态工况的研究。
在实际应用方面，前苏联于1985 年制造了世界第一台50MW异步化水轮发电机，1985 年制成了第一台200MW 的异步化汽轮发电机，另外其还制造了315～2000kW 的异步化电动机、400kW 的异步化潮汐发电-电动机、异步化风力发电机及机电变频器，这些都投入到了工业运行。
此外国外还将双馈电动发电机应用于潮汐发电站。
潮汐发电站的水头比较小，并且在一昼夜内周期性的变化。
为了得到最大电能的输出，就应当周期性的改变电机的工作状态，使电机既可以发电运行也可以电动运行。
感应电动机双馈调速在我国起步比较晚，1982年底，冶金部自动化研究院在某钢铁公司冷拨机进行了双馈调速的工业性实验。
该装置采用的电动机为2×40kW，同步转速为1000rpm，调速范围是 800～1200rpm，转子侧变频器采用三相零式接线。
传动系统的功率因数由自然接线时的0.6～0.8提高到0.89～1.0，并可以根据需要进行调节。
80年代中期由冶金工业部开发的双馈矢量调速系统已走向实用化。
目前，国内外正进一步对大功率汽轮双馈发电机、蓄能电站和风能电站双馈发电机、无刷双馈发电机进行深入的研究，对系统复杂故障下双馈发电机的运行和控制、更完善的控制理论和方法、性能更好的励磁系统以及微处理器和微电子技术在控制系统中的应用等方面进行研究。
双馈电机调速系统的优点交流励磁电机（双馈电机）的励磁有三个量可以调节，一是与同步机一样，可凋节励磁电流的幅值，二是可调节励磁电流的频率，三是可调节励磁电流的相位。
这说明交流励磁电机比同步电机多两个可调量，一个为励磁电流频率，一个为励磁电流相位。
调节可迅速改变的励磁电流频率可以达到调节转速的目的，即使在负荷突变时，也可以迅速改变电机的转速，在其调节过程中不仅充分利用了转子的动能，而且电网扰动远比常规电机轻；调接转子励磁电流的相位，可使由转子电流产生的转子磁场产生位移,从而改变了电机电势与电网电压相量的相对位置，也即改变了电机的功率角。
由上分析可知，双馈电机不仅可以调节无功功率，也可调节有功功率，这些优势在工业应用中体现在以下几个方面：1、在现代交流调速系统中的优势：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。
双馈电机调速时，转子电路的功率为滑差功率，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，双馈电机定子绕组直接与 3kV，6kV，10kV的工频电网相接，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的成本。
据国外文献报道，如容量为9000kW，同步转速为1500rpm，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，双馈调速系统用于风机、泵类和压缩机的调速，具有无可比拟的优势。