課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）目錄1. 摘要22. PSCAD 軟件簡(jiǎn)介33. PSCAD 樣例說明43.1 直流電機(jī)樣例功能與工作原理分析43.2 直流電機(jī)樣例3.3 直流電機(jī)樣例3.3.1 轉(zhuǎn)速特性模型的建立過程6結(jié)果分析10n=f（ P2 ）113.3.2 轉(zhuǎn)矩特性113.3.3 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性（機(jī)械特性）114.永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型的建立134.1 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理分析(包括方法分析)1341.1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型134.1.1.1 永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型144.1.2 永磁同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型164.2 機(jī)側(cè)系統(tǒng)的策略分析184.2.1

2、風(fēng)力機(jī)的最大風(fēng)能捕獲原理184.2.2 永磁同步電機(jī)的4.2.3 永磁直驅(qū)型風(fēng)力4.3 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的策20模型22模型244.3.1 風(fēng)源及風(fēng)機(jī)模塊244.3.2 負(fù)載電路244.3.3 閉環(huán)模塊28結(jié)果分析304.45. 過程中遇到的問題及解決的方法316. 心得體會(huì)327. 參考文獻(xiàn)33附錄34附錄 1：直流電機(jī)樣例電路圖34附錄 2：永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)電路圖35附錄 3：永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理圖361鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）1. 摘要隨著環(huán)境污染的加劇和能源的加深,風(fēng)能開發(fā)等新能源利用技術(shù)成為世界研究的熱點(diǎn)課題。永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于機(jī)械損耗小、運(yùn)行效率高、維護(hù)成本優(yōu)點(diǎn)而成為研究

3、的重點(diǎn)機(jī)型,掌握其運(yùn)行特性和提高風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能捕獲效率是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的重要研究課題。最大功率跟蹤(MPPT)策略是提高風(fēng)電系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換效率的重要方法。本文系統(tǒng)研究了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行原理,對(duì)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究,重點(diǎn)研究基于爬山搜索法的最大風(fēng)能追蹤法,以期實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化及可靠運(yùn)行。策略,并提出了相應(yīng)的目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)方首先介紹了課題的研究背景和意義,綜述了國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況;為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本及提高可靠性,本文提出了包含永磁同步發(fā)電機(jī)、二極管整流橋及斬波器的改進(jìn)型的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu);在分析系統(tǒng)工作原理基礎(chǔ)上,建立系統(tǒng)部件的數(shù)學(xué)模型及完整的系統(tǒng)模型?，F(xiàn)有的永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電

4、系統(tǒng),基于 PSCAD/EMTDC軟件搭建了相應(yīng)的平臺(tái),開發(fā)了改進(jìn)型的小型風(fēng)電系統(tǒng)模型。2鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）2.PSCAD 軟件簡(jiǎn)介PSCAD/EMTDC（全稱 Power Systems Computer Aided Design）是世界上廣泛使用的電磁暫態(tài)軟件， EMTDC 是其計(jì)算， PSCAD 為 EMTDC（Electromagnetic Transients including DC）提供圖形操作界面。最早版本的 EMTDC由Dennis Woodford 博士于 1976 年在水電局開發(fā)完成。在 1975 年開始編寫。編寫這個(gè)程序的原最初的 EMTDC 代碼由.因是

5、因?yàn)楫?dāng)時(shí)現(xiàn)存的研究工具不能夠滿足電力局對(duì)河高壓直流工程進(jìn)行強(qiáng)電EMTDC和靈活的研究的要求。自此之后程序被不斷開發(fā)，至今已被廣泛地應(yīng)用在許多類型的模擬研究，其中包括交流研究，雷電過電壓和電力電子學(xué)研究。開始時(shí)在大型計(jì)算機(jī)上使用。然后在 1986 年被移植到 Unix 系統(tǒng)和以后的Windows 系統(tǒng)上。PSCADPSCAD/EMTDC 采用時(shí)域分析求解完整的電磁和機(jī)電兩個(gè)系統(tǒng))，結(jié)果不僅非常精確。更值得一提的是它及微分方程(包括電用戶在一個(gè)完備的的同時(shí)，可以改變圖形環(huán)境下靈活地建立電路模型，進(jìn)行分析，用戶在參數(shù)，從而直觀地看到各種測(cè)量結(jié)果和參數(shù)曲線，極大地方便用戶提效率。PSCAD 里面提供豐

6、富的元件庫，從簡(jiǎn)單的無源元件到復(fù)雜的真的樂趣和模塊，以致電機(jī)、FACTS 裝置、電纜線路等模型都有涵蓋。如果這些還不夠你用的話，PSCAD用戶自定義的方式全新定義一個(gè)模塊；新模塊可以由元件提供的模塊組合形成，當(dāng)然你干脆用 FORTRAIN 寫一個(gè)，也沒問題，但前提是可以正確運(yùn)行。其自帶的范例對(duì)于初學(xué)者來說，也是非常有用的，包括了各種典型的研究對(duì)象，初學(xué)者可以從這些典型模型上修改開始，直至發(fā)展成為想要的研究對(duì)象。3鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）3.PSCAD 樣例說明該樣例通過 PSCAD 進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和輸入輸出負(fù)載時(shí)直流電機(jī)的輸入電流和輸入電壓的變化情況的研究。并

7、且在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的靈活可調(diào)，是結(jié)果更加具有多樣性。3.1 直流電機(jī)樣例功能與工作原理分析圖 3-1 直流電機(jī)主電路圖如圖 3-1 所示，左側(cè)單相電壓源給直流電機(jī)供電，且 Ra-ext 可調(diào)；上方為負(fù)載，負(fù)載電阻 Rf-ext 可調(diào)，固定負(fù)載為 1 兆歐姆；右側(cè)為機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。電路，可以顯示出直流電鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）圖 3-2 參數(shù)調(diào)節(jié)電路如圖 3-2 所示，該部分為兩個(gè)電阻的阻值選擇電路，Ra 可直接由下方的面板調(diào)節(jié)，Rf 由一個(gè)雙向選擇開關(guān)（Re 和 30.0 二選一）和一個(gè)單輸入比較模塊共同決定，轉(zhuǎn)矩 Tm 也可以在此面板。5鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）3.2

8、 直流電機(jī)樣例模型的建立過程圖 3-3 直流電機(jī)模型首先選取直流電機(jī)模型，如圖 3-3 所示。這個(gè)模塊是一個(gè)兩個(gè)繞組的直流電機(jī)， 電樞端子（右邊的+和-）和磁場(chǎng)繞組端（+和-）可作為外部電氣連接，這使得它可以對(duì)他勵(lì)電機(jī)，并聯(lián)機(jī)床或一系列機(jī)進(jìn)行。典型的連接和與直流機(jī)多質(zhì)量模型的使用包括作為實(shí)例例，包括與您的 PSCAD 軟件。這些可以在 PSCAD 安裝目錄中找到（即pscad400實(shí)例）。其中 W 代表輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（標(biāo)值表示），Te 代表電機(jī)產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩（標(biāo)值表示）。圖 3-4 單行電流源及阻抗模塊第二步，如圖 3-4 所示，選取單相電流源模型，該模型的的單相交流或直流電壓源，在源阻抗

9、可能被指定為理想（即無窮大）。如圖 3-5 所示,電阻是一個(gè)線性的電器元件，其阻值保持為一個(gè)固定的模擬值。6鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）電流表是用來創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)，它表示電流（KA）流經(jīng)分支。這個(gè)信號(hào)是由用戶指定一個(gè)名稱。信號(hào)，該名稱必須作為數(shù)據(jù)上的線或組件的輸入，如圖3-6 所示。電流表試圖找到一個(gè) R，L 或 C 系列本支然后措施，通過它的電流。如果一個(gè)串聯(lián)支路中不難發(fā)現(xiàn)，組件本身將作為一個(gè)理想的分支（零阻抗）。一個(gè)理想的短路而增加不必要的負(fù)擔(dān)，速度和應(yīng)該避免，除非絕對(duì)必要的。有時(shí)可能需要添加一個(gè)小電阻與電流表串聯(lián)使測(cè)量更有效。在這種情況下，你知道有沒有可用的串聯(lián)支路（測(cè)量電流在傳輸線或

10、變壓器為例），你可以考慮增加一個(gè)小的串聯(lián)電阻與儀表避免強(qiáng)迫理想的支。電壓表是用來創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)，它代表了電位差（千伏）中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電路圖。這個(gè)信號(hào)是由用戶指定一個(gè)名稱。接入信號(hào)，用戶必須使用名稱作為數(shù)據(jù)上的線或組件的輸入連接。一個(gè)特殊的電壓叫電壓表（接地）也可以方便地測(cè)量節(jié)點(diǎn)。搭建電流表和電壓表之后，電源模塊就完成了，如圖 3-6 所示圖 3-6 輸入電源模塊第三步，參照上述步驟，搭建負(fù)載模塊，如圖 3-7 所示，選取單相電流源模型， 該模型的的單相交流或直流電壓源，在源阻抗可能被指定為理想（即無窮大）。如圖3-5 所示,電阻是一個(gè)線性的電器元件，其阻值保持為一個(gè)固定的模擬值。圖 3-7

11、負(fù)載模塊第四步，如圖示，搭建可調(diào)電阻及轉(zhuǎn)矩電路。其中，用到的元器件有：7鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）1. 輸入選擇器：該組件的輸入將信號(hào)連接到 A，或信號(hào)連接到 B，這取決于值。2. 數(shù)/整數(shù)輸入滑塊：該滑塊是專業(yè)的用戶界面控件的一部分，其中用戶可以手動(dòng)調(diào)整輸出的模擬運(yùn)行期間。這個(gè)家庭的組件還包括旋轉(zhuǎn)開關(guān)（撥號(hào)），兩狀態(tài)開關(guān)和按鈕。3. 入比較器：此組件的兩個(gè)值之一的輸出，根據(jù)輸入信號(hào)是否高于或低于輸入閾值。如果啟用插值兼容性，然后內(nèi)插信息（即確切的時(shí)間輸入入門）由設(shè)備產(chǎn)生并發(fā)送到輸出。當(dāng)插值是利用這種裝置非常準(zhǔn)確，即使在更大的時(shí)間步。實(shí)模塊：這部分主要是用來指定一個(gè)實(shí)型常量的值在數(shù)據(jù)信號(hào)

12、線，或一個(gè)組件的輸入。4.信號(hào)變量：該組件主要用于指定所選擇的件的輸入。該組件的輸出是通過改變?cè)擁?xiàng)目的時(shí)間值到數(shù)據(jù)信號(hào)線，或一個(gè)組時(shí)間調(diào)整。EMTDC 輸入變量，使這些變量5.（因此中描述儀表：在 PSCAD 特殊對(duì)象用戶結(jié)果）可以在運(yùn)行過程中改變。這些對(duì)象和如何使用它們?cè)谝韵抡鹿?jié)面板是一個(gè)用于容納或儀表界面的組件可以放置在頁面的任何地方的一個(gè)項(xiàng)目。一旦如你所愿。面板增加了，然后你可以繼續(xù)添加的或儀表接口，它圖 3-8 參數(shù)調(diào)劑電路第五步，繪制輸出波形8鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）一個(gè)圖是一種特殊的運(yùn)行時(shí)對(duì)象，可以只居住在一個(gè)圖形框架。有兩種類型的 PSCAD 可用圖：覆蓋和聚圖。一個(gè)單一

13、的圖形可以顯示多條曲線，在曲線圖中的所有曲線都是基于相同的 Y 軸刻度。以下說明的頂端有一個(gè)覆蓋圖和它下面的測(cè)謊圖形框架。一旦多個(gè)圖形已被添加到一個(gè)特定的圖形框架，你可以改變它們出現(xiàn)的順序。鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）圖 3-9 圖模塊3.3 直流電機(jī)樣例結(jié)果分析10鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）圖 3-10結(jié)果波形圖3.3.1 轉(zhuǎn)速特性 n=（f P2 ）根據(jù)得到轉(zhuǎn)速公式從上式中可以看出，在端電壓 U、勵(lì)磁電流 If 均為時(shí)，電的轉(zhuǎn)速 n 只與電樞總電阻壓降 IaRa 及電樞反應(yīng)有關(guān)。當(dāng)輸出功率 P2 增加時(shí)，電樞總電阻壓降IaRa 也增加，使轉(zhuǎn)速 n 趨于下降；而電樞反應(yīng)的去磁作用又

14、會(huì)使電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 增加。這兩個(gè)因素對(duì)轉(zhuǎn)速的影響部分抵消，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性曲線如圖 3-40 所示。具有稍微下降的轉(zhuǎn)速特性（較硬，接近于恒速）。如圖 3-10 所示。反映轉(zhuǎn)速變化大小的性能指標(biāo)是轉(zhuǎn)速調(diào)整率在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)特別注意：勵(lì)磁繞組絕對(duì)不能斷開（或絕不能先斷開勵(lì)磁電源）。從上式可知，若先切斷勵(lì)磁電源，則氣隙磁場(chǎng)很?。疵繕O磁通量很小），電樞電流迅速增大此時(shí)若負(fù)載為輕載，則電的轉(zhuǎn)速將迅速增大，造成“飛車”現(xiàn)象。此時(shí)若負(fù)載為重載，則電可能停轉(zhuǎn)，使電樞電流迅速增大到起動(dòng)電流造成燒毀電機(jī)事故。3.3.2 轉(zhuǎn)矩特性據(jù)轉(zhuǎn)矩方程得出轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖 3-10 所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速為時(shí)，則轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)為一條過（0

15、，T0）點(diǎn)的直線。因轉(zhuǎn)速 n 會(huì)隨輸出功率 P2 的增大而稍微下降，故并勵(lì)電特性曲線略微向上彎曲。的轉(zhuǎn)矩3.3.3 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性（機(jī)械特性）轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系表11鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）得特性曲線如圖 3-10 所示。從上式中可看出，因勵(lì)磁回路電阻 Rf 為，在端電壓 U=UN=Uf，且不計(jì)電樞反應(yīng)時(shí)，為，又故并勵(lì)電的機(jī)械特性曲線是一條稍微下降的直線。若計(jì)及磁飽和，電樞反應(yīng)呈略去磁作用，電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速會(huì)增大，直線的斜率亦會(huì)增大。12鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）4.永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型的建立4.1 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理分析(包括方法分析)本章基于背靠背雙 PWM 變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)機(jī)側(cè)

16、系統(tǒng)的技術(shù)展開研究。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的永磁同步發(fā)電機(jī)，可通過機(jī)側(cè)變流器的使其電流幾乎為正弦，并有效的其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，提高發(fā)電機(jī)的效率，降低發(fā)電機(jī)和變流器的設(shè)計(jì)容量，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，也可有效地解決等帶來的效率低的問題。中低次諧波和同步電抗基于背靠背雙 PWM 變流器直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)：兩個(gè)變流器通過直流側(cè)大電容相連。網(wǎng)側(cè)變流器的作用主要是穩(wěn)定直流側(cè)母線電壓，并向電網(wǎng)輸送所需的電流及提供靈活的有功和無功功率；機(jī)側(cè)變流器的主要作用是將永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率和電壓幅值變化的交流電整流成直流電，電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的電流波形，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，以提高電機(jī)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。由于基于

17、主動(dòng)整流拓?fù)涞碾姍C(jī)側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)變流器的拓?fù)湓诮Y(jié)構(gòu)上相同，因 此二者在數(shù)學(xué)模型的建立和策略推導(dǎo)上有很多相似之處，如坐標(biāo)變換、PWM 調(diào)制等等。本章將不再重復(fù)這部分內(nèi)容，而是主要略展開研究。永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、風(fēng)機(jī)最大風(fēng)能捕獲原理及其策41.1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型圖 4-1 基于主動(dòng)整流拓?fù)涞碾姍C(jī)側(cè)變流器主電路圖圖 4-11 為直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)側(cè)主電路。isx 為定子相電流， usx 為電機(jī)各相端電壓，x=a，b，c；從變流器直流側(cè)看網(wǎng)側(cè)變流器可等效為一個(gè)直流源udc ；13鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）Q1 Q6 為變流器主開關(guān)管；為方便分析，電機(jī)定子電流以電動(dòng)方向?yàn)檎?。永磁?/p>

18、步電機(jī)按工作原理不同，可分為正弦波永磁同步電機(jī)和方波無刷直流電機(jī)。本文采用正弦波永磁同步電機(jī)，其勵(lì)磁由磁鐵來實(shí)現(xiàn)，不需要定子額外提供勵(lì)磁電流。另外，由于 15MW 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中永磁電機(jī)的功率較高，因此需選擇低速多極高功率因數(shù)的永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子上安裝永磁體結(jié)構(gòu)的不同，一般可分為表面貼裝式和內(nèi)嵌式兩種，根據(jù)本文風(fēng)電系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇了面貼式內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)。表面貼裝式的永磁同步電機(jī)是在轉(zhuǎn)子鐵芯外表面貼永磁體，永磁體通常為瓦片形，這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。表面凸出式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)屬于隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其橫縱電感相同且與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，故這種結(jié)構(gòu)的永磁體磁極易于實(shí)現(xiàn)

19、最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使電機(jī)氣隙磁密波形接近正弦波，從而減小磁場(chǎng)諧波和效應(yīng)，提高了電機(jī)的運(yùn)行性能。目前大功率直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的永磁同步電機(jī)大多都采用這種稀土永磁材料的表面轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。4.1.1.1 永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型在實(shí)際應(yīng)用中永磁低速同步電機(jī)由于鐵芯飽和及極靴和附加氣隙的磁滯損耗等，漏磁導(dǎo)和漏磁系數(shù)均為變量，使得電機(jī)運(yùn)行矢量的分析復(fù)雜。因此，為了簡(jiǎn)化分析，在建立數(shù)學(xué)模型過程中作如下假設(shè)：(1) 忽略鐵芯飽和，不計(jì)渦流和磁滯損耗；(2) 轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，永磁體也沒有阻尼作用；(3) 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙空間分布為正弦波，且定子電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為正弦波； (4)不考慮電機(jī)運(yùn)

20、行時(shí)外界條件(如溫度)對(duì)永磁體磁鏈的影響，認(rèn)為永磁體工作時(shí)磁鏈為一。圖4-2 為一臺(tái)二極永磁同步電機(jī)的等效物理模型，坐標(biāo)系及各量的正方向如圖4-2 所示。圖中，定子三相繞組軸線 A、B、C 是靜止的，取發(fā)電機(jī)永磁體磁極的軸線為d 軸，與 d 軸正交的是 q 軸，超前 d 軸 900，d-q 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)在空間中以同步角速度織隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，用 d 軸與 A 軸之間的夾角 q 來表示轉(zhuǎn)子位置角。（1）電壓方程三相靜止坐標(biāo)系下定子電壓方程可表示為14設(shè)計(jì)說（2015）（2）磁鏈方程定子繞組的磁鏈?zhǔn)怯筛骼@組自感磁鏈和其他繞組的互感磁鏈及轉(zhuǎn)子磁鏈組成的，定子磁鏈方程為（3）運(yùn)動(dòng)方程低速永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)

21、部電磁關(guān)系的建立，離不開輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩及由此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系。轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系為：式中， Tm 為原輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩； Te 為電磁轉(zhuǎn)矩；B 為摩擦系數(shù)；J 為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： wr 為機(jī)械角速度。圖 4-2 同步電機(jī)物理模型15鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）4.1.2 永磁同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型利用坐標(biāo)變換理論，將上述三相靜止坐標(biāo)系(abc)下的電壓方程和磁鏈方程變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)下，下式所示。永磁同步電機(jī)在 d、q 軸上的轉(zhuǎn)矩方程可表示可以看出永磁同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩有兩部分組成，中括號(hào)內(nèi)的第一0 是由定子電流和永磁體勵(lì)磁磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩；第二

22、項(xiàng)(kk)乙 0 是由轉(zhuǎn)子凸極效應(yīng)引起的磁阻轉(zhuǎn)矩。對(duì)于隱極同步電機(jī)厶=k，或在運(yùn)行過程中使定子電流的 d軸分量始終為零，則由此可見永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)際上就是轉(zhuǎn)矩分量。定子電流的 q 軸分量，及其消去磁鏈，可得永磁同步發(fā)電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型表：16鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）可得永磁同步發(fā)電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq)下的等效電路圖 4-3 永磁同步發(fā)電機(jī)d、q 軸等效電路17鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）4.2 機(jī)側(cè)系統(tǒng)的策略分析4.2.1 風(fēng)力機(jī)的最大風(fēng)能捕獲原理在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)作為原，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，是整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的重要部件。風(fēng)能大小與風(fēng)速和風(fēng)能

23、密度有關(guān)，常用的計(jì)算公式如下：由空氣動(dòng)力學(xué)原理可知，通過葉輪旋轉(zhuǎn)面的風(fēng)能不能全部被風(fēng)輪吸收利用，可以定義一個(gè)風(fēng)能利用系數(shù)Cr ，它是風(fēng)力機(jī)吸收功率與通過葉輪旋轉(zhuǎn)面的全部風(fēng)能的比例，直接反映風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)風(fēng)能的利用率，與槳距角b 和葉尖速比l 密切相關(guān)。其中， b 為葉片翼弦與葉片旋轉(zhuǎn)角的夾角， l 為葉片的葉尖線速度與風(fēng)速之比。所以風(fēng)力機(jī)的輸入功率為根據(jù)理論，理想槳葉的最大風(fēng)能利用效率為Cp max =1627=0593，考慮到阻力、葉尖損失以及葉片設(shè)計(jì)并非完美等因素，實(shí)際系統(tǒng)中Cp max 的最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于極限，一般僅達(dá)到 0.47。功率系數(shù)Cp 是b 和l 的函數(shù)，圖 4-4 給出了功率系

24、數(shù)Cp ( b ，l )曲線?？梢?，在槳距角一定時(shí)，隨著風(fēng)速和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，存在一個(gè)最優(yōu)葉尖速比lopt ，使功率系數(shù)為最大值；當(dāng)葉尖速比一定時(shí)，隨著槳距角的增大，功率系數(shù)呈下降趨勢(shì)。因此，要實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大功率跟蹤，必須根據(jù)風(fēng)速大小來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 從而維持最優(yōu)葉尖速比。當(dāng)風(fēng)速低于額定值時(shí)，即最大功率跟蹤階段，通常保持槳距角不變，來獲得最大風(fēng)能利用系數(shù)：當(dāng)風(fēng)速超過額定值時(shí)，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械強(qiáng)度、發(fā)電機(jī)及變流器容量限制等因素的影響，必須降低風(fēng)機(jī)的能量捕獲，使輸出功率維持在額定值附近，從而避免強(qiáng)風(fēng)對(duì)風(fēng)機(jī)造成損害，這需要通過機(jī)組功率調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，常見的功率調(diào)節(jié)方式有定槳距失速調(diào)節(jié)、變槳距調(diào)

25、節(jié)和主動(dòng)失速調(diào)節(jié)三種。18鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）圖 4-4 功率系數(shù)曲線本文主要分析在額定風(fēng)速以下的最大的風(fēng)能捕獲，當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)地改變以保持最優(yōu)葉尖速比，從而獲得最大輸出功率。由圖 34 可知，當(dāng)槳距角b一定時(shí)，存在一個(gè)最佳葉尖速比lopt ，對(duì)應(yīng)最大的風(fēng)能利用系數(shù)Cp max 。由可知，在風(fēng)速不斷變化的過程中要保持l = lopt ，必須使風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速wm 隨風(fēng)速按照一定的比例 Kopt = lopt / Rm 變化，才能保證最大風(fēng)能捕獲。由于在直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，沒有齒輪箱的耦合，風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速等于永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， wm = wr ，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化即

26、可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。圖4-5 為不同風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率與風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系的特性曲線。其中，n1 、n2 、n3 為對(duì)應(yīng)風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)達(dá)到最大功率輸出時(shí)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的具體方案有多種。其中，轉(zhuǎn)速是根據(jù)風(fēng)速來發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使二者符合最佳葉尖速比的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。也可通過功率的機(jī)械功率與轉(zhuǎn)速符合最佳功率曲線來獲取最大功率。不管是速度使發(fā)電機(jī)吸收還是功率來實(shí)現(xiàn)最大都電氣參數(shù)密切相關(guān)。為了簡(jiǎn)化分析，本文采用最佳葉尖速比風(fēng)能捕獲，這種算法在中較容易實(shí)現(xiàn)，但是在實(shí)際系統(tǒng)中由于很難準(zhǔn)確的測(cè)量風(fēng)速信號(hào)，誤差較大，不能獲得很好的功率對(duì)最大功率跟蹤算法進(jìn)一步完善改進(jìn)。效果，因此

27、在后續(xù)實(shí)際系統(tǒng)中還需19鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）圖 4-5 功率-轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線4.2.2 永磁同步電機(jī)的永磁同步發(fā)電機(jī)的策策略與網(wǎng)側(cè)變流器的電壓定向和直接功率相對(duì)應(yīng)，其定向策略上主要分為矢量和直接轉(zhuǎn)矩兩類，前者基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，后者基于定子磁場(chǎng)定向，不同的目標(biāo)其實(shí)現(xiàn)方法也不同。本文主要研究永磁同步發(fā)電機(jī)最常用的策略，即基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的零 d 軸電流的矢量方法。零 d 軸電流是將永磁同步電機(jī) d 軸電流為零，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)恒定時(shí)，則電磁轉(zhuǎn)矩與 q 軸電流成正比，這是零 d 軸電流的優(yōu)點(diǎn)之一，即電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流呈線性關(guān)系，如下式所示。通過轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，將定子電流的矢量is 定向在永磁同步發(fā)電機(jī)

28、同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 q 軸上，即is = isq 。另外當(dāng) d 軸電流鏈垂直，沒有去磁分量，因此可以避免由于為零時(shí)，電樞反應(yīng)磁鏈與轉(zhuǎn)子磁策略的造成永磁體退磁。定子電流全部用來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)勵(lì)磁分量isd = 0 時(shí)，定子電流可獲得最大轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。20鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）與網(wǎng)側(cè)變流器分析類似，定子 d、q 軸電流分量isd 、isq 除受電壓usd 、usq的影響外，還受耦合電壓-we Lsdisd 和we Lsqisq 的影響。由于單純的定子 d、q 軸電流負(fù)反饋不能實(shí)現(xiàn)解耦，因此需對(duì)定子 d、q 軸電流的引入前饋補(bǔ)償項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流isd 、isq 的解耦q 軸電

29、流。采用前饋解耦就可實(shí)現(xiàn)由usd 、usq 分別的定子 d、要使實(shí)際電流跟蹤給定值，需在式(313)中加入反饋制策略。當(dāng)電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器時(shí)，則usd 、usq 的量，采用前饋解耦控方程如下計(jì)側(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速外環(huán)的速度參考值w* 通過 MPPT 算法給出，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使得實(shí)際轉(zhuǎn)速跟蹤參考轉(zhuǎn)速即可捕獲最大風(fēng)能。參考轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速相比較，在經(jīng)過 PI 調(diào)節(jié)器即可得到有功電流的參考值i* 。對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)采用i =0 轉(zhuǎn)子磁sqsd策略時(shí)，無功電流參考值i*鏈定向的矢量=0。sd永磁同步發(fā)電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的零如圖 4-6 所示。d軸電流框圖圖 4-6 基于轉(zhuǎn)

30、子磁場(chǎng)定向的零d 軸電流框圖21鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）4.2.3 永磁直驅(qū)型風(fēng)力模型圖 4-7 為永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電變流器系統(tǒng)原理圖，基于 a-b-c 坐標(biāo)系到 d-q坐標(biāo)系變換的基礎(chǔ)上，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下對(duì)其 d、q 軸的瞬時(shí)變量進(jìn)行反饋。圖 4-7 永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電變流系統(tǒng)框機(jī)側(cè)永磁同步發(fā)電機(jī)采用基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的零 d 軸電流策略，機(jī)側(cè)系統(tǒng)為雙閉環(huán)方式，外環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)、內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。其中永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角q1 在中可以直接檢測(cè)，而在實(shí)際應(yīng)用中通常采用無速度傳感器的方式來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置角的檢測(cè)。機(jī)側(cè)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速外環(huán)的速度參考值w* 通過最大功率跟蹤算法給出，與實(shí)際的電機(jī)速度

31、w比較，再經(jīng)過 PI 調(diào)節(jié)器得到有功電流的參考值i* 而sq中無功電流的參考值i* =0.。i*和i* 分別與對(duì)應(yīng)的定子電流反饋值i零 d 軸電流sdsdsqsd和isq 相比較后的誤差經(jīng)過 PI 調(diào)節(jié)器輸出，再與各自的解耦補(bǔ)償前饋補(bǔ)償算后得到永磁同步發(fā)電機(jī)的定子端電壓usd 、usq 。電壓usd 、usq 經(jīng)脈寬調(diào)制后產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)的。機(jī)側(cè)變流系統(tǒng)主要有轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)回路、速度和轉(zhuǎn)子位置角檢測(cè)模塊、a-b-c 坐標(biāo)系到 d-q 坐標(biāo)系變換模塊和脈寬調(diào)制輸出模塊四部分組成。網(wǎng)側(cè)變流器采用電壓定向策略，外環(huán)為電壓環(huán)、內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。直流環(huán)節(jié)給定電壓U *和反饋電壓U 相比較后

32、的誤差經(jīng)過 PI 調(diào)節(jié)器輸dcdc22鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）出有功電流給定值i* ：，而無功電流給定值i* 由功率因數(shù)決定。i* 和i* 分別與對(duì)應(yīng)的dqdq反饋值id 和iq 相比較后的誤差經(jīng)過PI 調(diào)節(jié)器輸出，再與各自的解耦補(bǔ)償電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的前饋補(bǔ)償算后得到變流器交流側(cè)的電壓Ud 和Uq 。電壓Ud和Uq 經(jīng)脈寬調(diào)制后產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器的。在網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓對(duì)稱的情況下，d-q 坐標(biāo)系下三相逆變器輸出電壓的 d 軸分量為一常量，等于 a-b-c坐標(biāo)系下相電壓的幅值 Um，而 q 軸分量為零。由于 d、q 軸分量均為直流常量，這樣有利于三相逆變器的實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)側(cè)變流系統(tǒng)主

33、要由電壓電流雙閉環(huán)回路、鎖相環(huán)模塊、a-b-c 坐標(biāo)系到 d-q 坐標(biāo)系變換模塊和脈寬調(diào)制輸出模塊四部分組成。23鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）4.3 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的模型本次通過對(duì)風(fēng)力發(fā)電的模擬，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力機(jī)的并網(wǎng)發(fā)電，使不穩(wěn)定的風(fēng)源輸入可以變成穩(wěn)定的電壓輸出，并且實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)送電，滿足了“幅值”“頻率” “相位”三者與電網(wǎng)一致的并網(wǎng)條件。4.3.1 風(fēng)源及風(fēng)機(jī)模塊建立風(fēng)源及風(fēng)機(jī)模塊（即輸入模塊），如圖 4-8 所示。圖 4-8 風(fēng)力機(jī)及風(fēng)源模塊風(fēng)力機(jī)模塊是一個(gè)風(fēng)力葉輪機(jī)，風(fēng)速和葉輪角速度作為輸入項(xiàng)輸入風(fēng)力機(jī)中， 是渦輪葉片的角度和進(jìn)度。TM 和 P 分別是輸出轉(zhuǎn)矩和功率。風(fēng)源模塊模擬的是

34、一個(gè)速度不定的風(fēng)速來源，外部輸入的 ES 可用于任何類型的風(fēng)的變化可能不被定義在組件的輸入。用戶可以選擇啟用或禁用該輸入。其中 Vw 代表風(fēng)速，是 m/sW 代表風(fēng)輪葉片角速度，Tm 代表輸出的轉(zhuǎn)矩，是 rad/s是 N*mP 代表輸出功率，4.3.2 負(fù)載電路是 W進(jìn)行負(fù)載部分（即并網(wǎng)部分）電路的搭建24鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）圖 4-9 負(fù)載電路如圖 4-9 所示，由于風(fēng)速的不確定，風(fēng)力機(jī)輸出的電壓也是不穩(wěn)定的，并網(wǎng)條件，因此需要一個(gè)三相符合并網(wǎng)條件的電壓。逆變電路，將不穩(wěn)定的風(fēng)機(jī)輸出電壓變?yōu)榉€(wěn)定的、晶閘管是一種三結(jié)四層的可控整流元件，要使晶閘通，除了要在陽極陰極間加正向電壓外，還

35、必須在級(jí)加正向電壓，它一旦導(dǎo)通后，級(jí)就失去作用，當(dāng)陰極電流下降到小于維持電流，晶閘管回復(fù)阻斷。因此，晶閘管的這一性能可以充分的應(yīng)用到許多的可控變流技術(shù)中。在實(shí)際生產(chǎn)中，直流電機(jī)的調(diào)速、同步電的勵(lì)磁、電鍍、電焊等往往需要電壓可調(diào)的直流電源，利用晶閘管的單向可控導(dǎo)電性能，可以很方便的實(shí)現(xiàn)各種可控整流電路。當(dāng)整流負(fù)載容量較大時(shí)，或要求直流電壓脈沖較小時(shí)，應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由三相電源提供。三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，應(yīng)用最廣泛的是三相橋式整流電路。三相半波可控電路只用三只晶閘管，接線簡(jiǎn)單，但晶閘管承受的正反向峰值電壓較高，變壓器二次繞組的導(dǎo)電角僅 120°，

36、變壓器繞組利用率較低，并且電流是單向的，會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵心直流磁化。而采用三相橋式整流電路，流過變壓器繞組的電流是反向電流，避免了變壓器鐵芯的直流磁化，同時(shí)變壓器繞組在一個(gè)周期的導(dǎo)電時(shí)間增加了一倍，利用率得到了提高。逆變是把直流電變?yōu)榻涣麟?，它是整流的逆過程，而有源逆變是把直流電經(jīng)過直-交變換，逆變成與交流電源同頻率的交流電反送到電網(wǎng)上去。逆變?cè)诠まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、航空航天、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，最多的是交流電機(jī)的變頻調(diào)速。另外在感應(yīng)加熱電源、航空電源等方面也不乏逆變電路的身影。三相橋式整流電路是利用晶閘管的單向可控導(dǎo)電性能，實(shí)現(xiàn)直流電變交流電，電路結(jié)構(gòu)采用共陰極接法的三相半波（VT1

37、,VT3,VT5）和共陽極接法的三相半波（VT4,VT6,VT2）的串聯(lián)組合，由于共陰極組在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；而共陽極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流。因此變壓器繞組中沒有直流磁通，且每相繞組正負(fù)半有電流通過，提高了變壓器的利用率。共陰極組的輸出電壓是輸入電壓的正半周，共陽極組的輸出電壓是輸入電壓的負(fù)半周，總的輸出電壓是正負(fù)兩個(gè)輸出電壓的串聯(lián)。有源逆變是將直流電變成和電網(wǎng)同頻率的交流電并送回到交流電網(wǎng)中去。逆變的兩個(gè)條件，一是要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓，因此主電路圖采用了一個(gè)用整流二極管 VD1VD6 組成三相不可控整

38、流電路來提供一個(gè)直流電動(dòng)勢(shì)，為了保證其值大于變流電路直流側(cè)的平均電壓，應(yīng)該給變流電路直流側(cè)加一個(gè)變壓器來滿足條件；二是晶閘管的角>90（即 0<<90°）,使 Ud 為負(fù)值。只有同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，才能實(shí)現(xiàn)逆變。三相橋式整流及有源逆變主電路圖如圖 4-10 所示。25鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）圖 4-10 三相橋式整流及有源逆變主電路電路工作原理（1）整流電路在上圖所示的三相橋式整流電路中，設(shè)L>>Rd,在=0°時(shí)，其對(duì)應(yīng)的各電壓、電流波形如下圖所示：根據(jù)晶閘管的導(dǎo)通條件可知，對(duì)共陰極組來說，哪相電位較其他兩，就觸發(fā)該相晶閘管使其導(dǎo)通；對(duì)

39、共陽極組來說，哪相的電位較其他兩相低時(shí)，就觸發(fā)該相晶閘管使其導(dǎo)通。為保證整流電流 id 有通路，必須保證在同一時(shí)刻里共陰極組和共陽極組中各有一個(gè)晶閘通。即電流的通路為：變壓器二次繞組共陰極組的某相負(fù)載共陽極的某相變壓器二次繞組。整流輸出電壓為Ud=Ud1-Ud2其中，ud1 為共陰極組輸出電壓瞬時(shí)值；ud2 為共陽極組輸出電壓瞬時(shí)值。如果共陰極組和共陽極組角相同，則兩組整流電壓平均值相等，三相橋式整流電路的整流電壓應(yīng)為三相半控時(shí)的兩倍。在一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1VT2VT3VT4VT5 VT6。在這里只分析=0°時(shí)的工作 情況如上圖所示，將一個(gè)周期相電壓分為六個(gè)區(qū)間：在

40、t1t2 區(qū)間：U 相電壓最高，VT1 被觸發(fā)導(dǎo)通。V 相電壓最低，VT6 被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uu-Uv=Uuv。在t2t3 區(qū)間：U 相電壓最高，VT1 被觸發(fā)導(dǎo)通。W 相電壓最低，VT2 被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uu-Uw=Uuw。在t3t4 區(qū)間：V 相電壓最高，VT3 被觸發(fā)導(dǎo)通。W 相電壓最低，VT2 被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uv-Uw=Uvw。在t4t5 區(qū)間：V 相電壓最高，VT3 被觸發(fā)導(dǎo)通。U 相電壓最低，VT4 被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uv-Uu=Uvu。在t56t 區(qū)間：W 相電壓最高，VT5 被觸發(fā)導(dǎo)

41、通。U 相電壓最低，VT426鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uw-Uu=Uwu。在t6t7 區(qū)間：W 相電壓最高，VT5 被觸發(fā)導(dǎo)通。V 相電壓最低，VT6 被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uw-Uu=Uwu。（2）整流電路的工作特點(diǎn)任何時(shí)候共陰極和共陽極組各有一個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路。每個(gè)晶閘通角為 120°；共陰極組晶閘管 VT1,VT3,VT5，按依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位相差 120°，共陽極組晶閘管 VT2，VT4,VT6,相位相差 120°，也按依次觸發(fā)導(dǎo)通，同一相得晶閘管相位差 180°.輸

42、出電壓由六段電壓組成，每周期脈動(dòng)六次。晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，它至于晶閘管的導(dǎo)通情況有關(guān)，其波形由三段組成。一段為零，兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。變壓器二次繞組流過正、負(fù)兩個(gè)方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了利用率。對(duì)觸發(fā)脈沖寬度的要求。整流橋正常工作時(shí)，需保證同時(shí)導(dǎo)通的 2 個(gè)晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于 60°；另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個(gè)晶閘管時(shí)一個(gè)序號(hào)的晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以采脈沖觸發(fā)。>0°時(shí)，晶閘管不在自然換相

43、電換流，而是從自然換相點(diǎn)后移角度開始換流，工作過程與=0°基本相阻性負(fù)載60°時(shí)的 Ud 波形連續(xù)，>60°時(shí) Ud 波形連續(xù)，=120°時(shí)，輸出電壓為零，因此三相圍為 0° 120°。（3）逆變電路橋式整流電路電阻性負(fù)載相移范圖 4-10 為三相橋式有源逆變電路的原理圖。為滿足逆變條件，左端橋式不可控整流電路為逆變提供了上正下負(fù)的電動(dòng)勢(shì)。（4）注意事項(xiàng)1.整流及逆變電路與三相電源連接時(shí)，一定要注意。2.整流電路的負(fù)載電阻不易過小，應(yīng)使 Id 不不超過 0.8A，同時(shí)負(fù)載電阻不宜過大，保證 Id 超過 0.1A，避免晶閘管時(shí)斷時(shí)

44、續(xù)。3.為防止逆變，逆變角必須安置在 30°90°范圍內(nèi)。4.示波器的使用必須注意，兩根地線必須接在等電位點(diǎn)，防止造成短路。 八最小逆變角的確定為保證逆變能正常工作，使晶閘管的換相能在電壓負(fù)半波換相區(qū)之內(nèi)完成換相， 觸發(fā)脈沖必須超前一定的角度，也就是說，逆變角必須要有嚴(yán)格的限制。1. 換相重疊角。由于整流變壓器存在漏抗，使晶閘管在換相時(shí)存在換相重疊角。值隨電路形式、工作電流大小不同而不同，一般選取 15°25°電角度。2. 晶閘管關(guān)斷時(shí)間 Tg 所對(duì)應(yīng)的電角度。晶閘管從導(dǎo)通到完全關(guān)斷需要一定的27鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）時(shí)間，這個(gè)時(shí)間 Tg 一般

45、由管子的參數(shù)決定，通常為 200300s，折合到電角度 約為 4°5.4°。3.安全余量角。由于觸發(fā)電路各元件的工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，使觸發(fā)脈沖的間隔出現(xiàn)不均勻既不對(duì)稱現(xiàn)象，再加上電源電壓的波動(dòng)，波形畸變等因素，因此必須留有一定的安全余量角，一般為 10°左右。綜合以上因素，最小逆變角+=30°35°。4.3.3 閉環(huán)閉環(huán)模塊摸塊如圖 4-11 所示圖 4-11 閉環(huán)模塊閉環(huán)是論的一個(gè)基本概念 指作為被控的輸出以一定方式返回到作為的輸入端指輸出端通過與對(duì)輸出端再并對(duì)輸入端施加影響的一種關(guān)系在論中 閉環(huán)通常旁鏈 方式回饋到輸入 所謂閉環(huán)輸出端回饋到

46、輸入端并參這閉環(huán)的目的 這種目的是通過反饋來實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)與計(jì)劃是根據(jù)對(duì)象輸出反饋來進(jìn)行校正的方式 它是在測(cè)量出實(shí)際從輸出量變化取出控時(shí) 按定額或標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行糾正的 閉環(huán)制信號(hào)作為比較量反饋給輸入端輸入量一般這個(gè)取出量和輸入量相位相反比如家用空調(diào)溫度的所以叫負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)通常是閉環(huán)原理：當(dāng)受控客體受干擾的影響 其實(shí)現(xiàn)狀態(tài)與期望狀態(tài)時(shí)主體中 由將根據(jù)這種偏差發(fā)出新的指令 以糾正偏差 抵消干擾的作用 在閉環(huán)于能力閉環(huán)主體能根據(jù)反饋信息發(fā)現(xiàn)和糾正受控客體運(yùn)行的偏差 所以有較強(qiáng)的能進(jìn)行有效的所用的從而保證預(yù)定目標(biāo)的實(shí)現(xiàn) 管理中所實(shí)行的大多是原理主要是反饋原理 這種如果我們把輸入值用x 表示輸出值用y 表示 客體

47、的功能用s 表示差信息用x 表示系統(tǒng)也即反饋系統(tǒng)的作用用R 表示 偏28鹽城工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說（2015）則有 y=S(X+X)=S(X+Ry)=SX+SRy式中 CF 稱反饋因子或參數(shù) 它反映閉環(huán)系統(tǒng)的反饋功能或功能閉環(huán)在各種實(shí)例中有具體的表現(xiàn)方式正反饋與負(fù)反饋是閉環(huán)常見的兩種基本形式 其中負(fù)反饋與正反饋從達(dá)到目的的角度講具有相同的意義 從反饋實(shí)現(xiàn)具體方式來看 正反饋與負(fù)反饋屬于代數(shù)或者算術(shù)意義上的 加減 反饋方式即輸出量回饋至輸入端后 和輸入量進(jìn)行加減的統(tǒng)一性整合后 作為新輸出去進(jìn)一步輸出量 實(shí)際上 輸出量對(duì)輸入量回饋遠(yuǎn)不止這些方式 這表現(xiàn)為運(yùn)算上 不僅僅是加減運(yùn)算 還包括了更廣域的數(shù)算 回饋輸出量對(duì)輸入量回饋 也不一定采取和輸入量進(jìn)行綜合運(yùn)算形成統(tǒng)一的擴(kuò)展：開環(huán)輸出 輸出量能通過鏈直接于輸入量等等沒有反饋環(huán)節(jié) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高,響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來說很長,精確度不高 使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng) 開環(huán)是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有按順序工作 沒有反向的過程,按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng),其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的作用發(fā)生影響沒有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰﹂]環(huán)有反饋環(huán)節(jié) 通過反饋系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高,響應(yīng)時(shí)間縮短,適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間,穩(wěn)定性要