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　　帶有電流控制電壓型逆變器的新型雙繞組異步發(fā)電機(jī)的電壓控制傅玉，馬偉明，李玉梅，王東（海軍工程大學(xué)電力電子技術(shù)應(yīng)用研究所，湖北武漢430033）載變化的缺點(diǎn)，而且提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。其控制系統(tǒng)由兩個(gè)PI電壓控制器和一個(gè)滯環(huán)電流控制器組成。為了對(duì)其電壓控制性能和調(diào)節(jié)速度進(jìn)行研究，本文建立了計(jì)及磁路飽和的雙繞組異步發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)負(fù)載、轉(zhuǎn)速突然變化等動(dòng)態(tài)過(guò)程中電壓控制性能進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的電壓控制性能和響應(yīng)速度。

　　隨著對(duì)再生能源的重視，國(guó)內(nèi)外加速了對(duì)自激異步發(fā)電機(jī)的研究和發(fā)展。籠型異步電機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐磨、造價(jià)低廉、維護(hù)方便和功率密度高等突出優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。傳統(tǒng)自激三相異步發(fā)電機(jī)通過(guò)在其輸出端并聯(lián)電容器來(lái)提供勵(lì)磁，在電機(jī)的輸出端建立電壓。當(dāng)負(fù)載或原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，異步發(fā)電機(jī)的輸出電壓和頻率將隨之發(fā)生變化。提出了同步調(diào)相器的方法，但卻加了成本和維護(hù)工作量；文則通過(guò)控制飽和電抗器的電流來(lái)調(diào)節(jié)電壓，但大的電抗器存在著體積大和重量重的問(wèn)題；文利用PWM逆變器對(duì)自激異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償以控制電壓，而電力電子變換裝置將引起交流電壓波形畸變，降低電磁兼容性。

　　本文的新型雙繞組異步發(fā)電機(jī)的定子上布置有兩套繞組，如所示，一套繞組為功率繞組，其輸出端接自勵(lì)電容及負(fù)載；另一套為控制繞組，接由三相電流控制電壓型逆變器構(gòu)成的電壓控制回路。逆變器的直流側(cè)連有一個(gè)電解電容作為電壓源。由于電壓型逆變器的直流側(cè)沒(méi)有有功源相連，異步發(fā)電機(jī)提供很小一部分有功以補(bǔ)償逆變器的損耗來(lái)維持直流側(cè)電容的電壓為恒定值。電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)由自勵(lì)電容自勵(lì)建立空載額定電壓；當(dāng)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓，提供所需的無(wú)功勵(lì)磁電流，從而使端電壓保持恒定。兩套繞組之間不存在直接的電聯(lián)系，僅有磁耦合，這樣大大減小了電力電子變換裝置對(duì)功率繞組的影響，提高了電磁兼容性1.另外由于功率繞組與控制繞組的極數(shù)相同，所以功率繞組與控制繞組的工作頻率也相同，這一特性使得可以由控制繞組的頻率決定功率繞組的頻率，起到穩(wěn)定頻率的作用。

　　對(duì)于該系統(tǒng)而言，其電壓調(diào)節(jié)性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度是重要的性能指標(biāo)，需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)研究。由于自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)的自勵(lì)建壓等過(guò)程都與磁路飽和有關(guān)，本文建立了計(jì)及磁路飽和的雙繞組異步發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了控制策略的分析。對(duì)負(fù)載、轉(zhuǎn)速突然變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中電壓控制性能進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果說(shuō)明該系統(tǒng)具有較好的電壓控制性能和響應(yīng)速度。

　　1雙繞組異步發(fā)電機(jī)的模型1.1數(shù)學(xué)模型為簡(jiǎn)化分析，坐標(biāo)系選取為隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的dq0坐標(biāo)。通過(guò)dq變換dq軸繞組間與主磁路對(duì)應(yīng)的互感抗己經(jīng)消去，但是dq軸間的互漏感抗即使在只考馬偉明（960）男，教授，工程院院士，博士，豐要從事特種電源和電力系統(tǒng)電磁兼容性研宄�！�，。

　　慮氣隙磁場(chǎng)基波分量的情況下，也不能完全解耦。

　　但是這些互漏感抗數(shù)值非常小，忽略它們對(duì)系統(tǒng)分析引起的誤差不大。這樣功率繞組、控制繞組和轉(zhuǎn)子繞組的電壓和磁鏈方程可以表示成如下的標(biāo)么值形式：子繞組的漏抗，Xm為激磁電抗，下標(biāo)ps、r分別代表定子功率繞組、定子控制繞組和轉(zhuǎn)子繞組。d、q電流和磁鏈。

　　1.2磁路飽和作用的考慮將各繞組dq軸的電流進(jìn)行合成，得到等效電流，再利用空載特性曲線就可以確定電機(jī)的飽和參數(shù)（激磁電抗）。將飽和的激磁電抗代入模型中進(jìn)行計(jì)算，以此來(lái)仿真磁路飽和的作用。

　　+idr，將二者合成得到總的合成電流電流來(lái)確定激磁電抗Xrn. 2控制策略雙繞組異步發(fā)電機(jī)由控制繞組側(cè)所接的電流控制的電壓型逆變器來(lái)提供所需的無(wú)功電流以補(bǔ)償因負(fù)載而變化的勵(lì)磁電流。

　　控制系統(tǒng)采用兩個(gè)PI閉環(huán)控制：一個(gè)是功率繞組的整流橋負(fù)載的直流側(cè)電壓的閉環(huán)控制；另一個(gè)是逆變器直流側(cè)電容電壓的閉環(huán)控制。發(fā)電機(jī)功率繞組整流橋負(fù)載的直流側(cè)電壓經(jīng)過(guò)反饋，與電壓進(jìn)行比較，誤差通過(guò)一個(gè)PI控制器，其輸出信號(hào)（sq）用來(lái)控制逆變器電流的無(wú)功分量。如果反饋的電壓值大于電壓值，則逆變器提供落后代表dq軸，5讀示電阻和分別n電壓blish的恢糾量發(fā)電機(jī)的輸出電壓幅值隨之減小m相傅玉，等：帶有電流控制電壓型逆變器的新型雙繞組異步發(fā)電機(jī)的電壓控制反，當(dāng)反饋的電壓值小于電壓值時(shí)需要超前的無(wú)功能量。另外，維持逆變器直流側(cè)電容電壓為常值的能量需要由異步發(fā)電機(jī)提供，所以逆變器電流的有功分量由逆變器直流側(cè)電容電壓與其電壓相比較經(jīng)過(guò)另一個(gè)PI控制器輸出（/sd）得到。

　　單位矢量正弦波Va、Vb、V.由控制繞組輸出電壓Usa、Usb、Use除以它們的幅值Um而得到的，Wa、Wb、是超前Va、Vb、V.相位90的正弦波。

　　3結(jié)果與分析為了對(duì)系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)性能進(jìn)行研究，對(duì)一些動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了仿真，功率繞組帶整流橋負(fù)載，系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)附錄。給出了逆變器不工作時(shí)自勵(lì)空載建壓和逆變器突然投入工作過(guò)程的整流橋直流側(cè)電壓和控制繞組電流的波形。逆變器在4.2s時(shí)投入運(yùn)行，整流橋直流側(cè)電壓和控制繞組的相電流都會(huì)有沖擊，但很快就趨于穩(wěn)定。

　　為突加和突卸額定負(fù)載時(shí)的整流橋直流側(cè)電壓和功率繞組的相電流波形。在3s時(shí)，突加負(fù)載至滿載，5s再突卸至空載�？梢钥吹�，突加突卸負(fù)載時(shí)，整流橋直流側(cè)電壓有突變，功率繞組相電流沖擊不如系統(tǒng)也很快就趨于穩(wěn)定bumalElecic地郵H.燦4結(jié)論新型雙繞組自激異步發(fā)電機(jī)能較好地解決傳統(tǒng)異步發(fā)電機(jī)電壓隨負(fù)載變化的問(wèn)題，并提高系統(tǒng)電磁兼容性。本文建立了計(jì)及磁路飽和的雙繞組異步發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)負(fù)載、轉(zhuǎn)速突然變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中電壓控制性能進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的電壓控制性能和響應(yīng)速度。