交流勵磁發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

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1、Z004年1月重慶大學(xué)學(xué)報Jan.Z004第Z7卷第1期JOurnalOfChOngCingUniversityVOl.Z7NO.1文章編號!1000-58ZX"Z004#01-0040-05交流勵磁發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的設(shè)計%肖慶清9廖勇9姚駿9向大為(重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院9重慶400030)摘要!從交流勵磁發(fā)電機的基本原理出發(fā)9分析了基于動態(tài)同步坐標軸系的雙通道勵磁控制方法O利用基于高速數(shù)字信號處理器的雙中央計算單元(CPU)方案9設(shè)計實現(xiàn)了交流勵磁發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)O針對該控制系統(tǒng)的特點9充分利用了數(shù)字信號處理器(DSP)的高速運算能力和方便的

2、外設(shè)9合理設(shè)計了控制系統(tǒng)硬件和勵磁控制算法軟件9雙CPU工作共同實現(xiàn)了交流勵磁發(fā)電機的雙通道解耦勵磁控制O通過實驗分析9進一步驗證了基于動態(tài)同步坐標軸系的雙通道勵磁控制策略O(shè)關(guān)鍵詞!交流勵磁發(fā)電機9動態(tài)同步坐標軸系9數(shù)字信號處理器9勵磁控制器中圖分類號!TM344.4文獻標識碼!A交流勵磁發(fā)電機基本結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機相PWM的控制采用雙端口隨機存儲器RAM實現(xiàn)兩似通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子三相交流勵磁電壓的幅值相位及頻DSP間數(shù)據(jù)交換用高速數(shù)字信號處理器實現(xiàn)了交流率可以控制勵磁磁場大小相對轉(zhuǎn)子位置和電機轉(zhuǎn)勵磁發(fā)電機勵磁控制器的設(shè)計通過試驗進一步驗證速由于增加了勵

3、磁控制的自由度交流勵磁發(fā)電機了筆者設(shè)計的勵磁控制器滿足交流勵磁發(fā)電機運行控較傳統(tǒng)同步發(fā)電機有更優(yōu)越的運行性能表現(xiàn)在1制要求并具有控制精度高響應(yīng)速度快的特點良好的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力Z獨立的有功無功調(diào)1節(jié)能力3較強的進相運行能力1動態(tài)同步軸系下的雙通道解耦控制原理要使交流勵磁發(fā)電機能夠發(fā)揮其良好的調(diào)節(jié)性對于單機無窮大系統(tǒng)定子方按照發(fā)電機慣例轉(zhuǎn)能運行的靈活性及可靠性關(guān)鍵在于應(yīng)有一套能充分子方按照電動機慣例轉(zhuǎn)差率S按照轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)Z發(fā)揮該電機運行特點的勵磁控制系統(tǒng)交流勵磁發(fā)速為正電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反為正可以得到交流勵磁電機的勵磁控制策略主要有基于異步電機矢

4、量控制的勵磁控制和雙通道勵磁控制兩種3基于動態(tài)同步軸發(fā)電機在同步坐標軸系下的穩(wěn)態(tài)電壓電流方程式系的雙通道勵磁控制系統(tǒng)由于具有控制模型準確無Usd-Rs-XE0XMIsd需勵磁電流反饋動態(tài)跟蹤能力強使其能在簡化控制0XE-Rs-XM0IsC=14算法的基礎(chǔ)上達到良好的控制效果交流勵磁發(fā)電Urd0-SXMRrSXrIrd機勵磁控制為一多輸入多輸出非線性控制系統(tǒng)具有UrCJSXM0-SXrRrJIrCJ大量的復(fù)雜的數(shù)字計算同時發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁由脈寬式中XRR為定轉(zhuǎn)子電阻X為E=Xs+XWsrM調(diào)制PWM逆變電源供電在發(fā)電機機端電壓電流定轉(zhuǎn)子互抗XX為定轉(zhuǎn)子全

5、電抗S為轉(zhuǎn)差率sr中含有較重的諧波為了準確測量機端電壓電流必須XW是電網(wǎng)折算電抗采用運算量較大的數(shù)字濾波進一步加大了對CPU利用電壓電流方程推導(dǎo)得到同步坐標軸系下的運算速度和能力要求為此筆者提出了采用基于有功無功計算方程DSP的雙CPU控制系統(tǒng)利用一塊具有強大定點數(shù)運算能力的芯片TMS3Z0VC540Z實現(xiàn)控制算法用P1=Y11UsdUsd+Y13UrdUsd+Y14UrCUsdZ一塊電機控制專用DSP芯片TMS3Z0LFZ407實現(xiàn)1=YZ1UsdUsd+YZ3UrdUsd+YZ4UrCUsd3%收稿日期!Z003-09-15基金項目!國家Z11工

6、程資助項目作者簡介!肖慶清1978-男福建三明人碩士從事新型電機及其控制研究第Z7卷第1期肖慶清等!交流勵磁發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的設(shè)計41式中Y11Y13Y14YZ1YZ3YZ4是導(dǎo)納矩陣中的對應(yīng)KGKS分別為反饋系數(shù)依據(jù)反饋系數(shù)的選取原則可項只與電機參數(shù)和轉(zhuǎn)差率有關(guān)計算式為5知反饋系數(shù)的取值必須滿足條件KKP>0G>ZZZZIZIY11=-RsXrS-XMRrS-RsRr)0KS<0Y13=RsXMXrS+XEXMRrIZI由控制方程式9可知只要通過測量交流勵磁ZS+XIZI發(fā)電機的機端電壓電流計算出發(fā)電機的有功無功Y14=-XMXEXr+XMMRs

7、Rr4ZZSZZIZI>利用發(fā)電機參數(shù)就可計算出在動態(tài)同步軸系下的轉(zhuǎn)子YZ1=XMXr-XEXT-XERr勵磁電壓U'U'再通過對轉(zhuǎn)子位置的檢測進行坐3rdrCYZ3=XMXEXr-XMS-XMRsRrIZI標變換從而給出轉(zhuǎn)子勵磁電壓而不需要對轉(zhuǎn)子電壓YZ4=RsXMXrS+XEXMRrIZIJ電流的測量就可實現(xiàn)交流勵磁發(fā)電機的勵磁控制IZI為阻抗矩陣Z的行列式值可以看出在同步坐標軸系下有功無功調(diào)節(jié)都與UrdUrC有關(guān)無法實現(xiàn)Z勵磁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計有功無功的解耦控制由式4可知Y13=YZ4控制系統(tǒng)使用TI公司的兩款DSP芯片采用雙YZ3=-Y14CP

8、U實現(xiàn)方式TMS3Z0VC540Z作為主控CPU完成令YZZZ-YZ13+Y14=YZ4+Z3=Y信號采