基于磁通切换电机的绕组开放式发电系统的建模与参数设计

发布时间：2019-11-16 13:55

【摘要】：针对分布式发电系统,采用绕组开放式拓扑可以简化电路结构,降低系统成本。通过比较不同永磁性电机的磁路特点与数学模型,选择磁通切换电机应用于绕组开放式发电系统中。该文还研究由于系统结构与控制方式而引起的输出电压存在固有脉动的产生及其抑制问题,基于系统开关平均模型搭建系统的闭环小信号模型并计算得到系统的输出阻抗。基于Middlebrook判据分析源端和负载段的阻抗匹配问题,研究不同系统参数下脉动抑制能力,提出一种快速的系统参数设计方法。最后在一台基于永磁磁通切换电机的绕组开放式发电系统样机上进行实验,验证提出方法的正确性与有效性。
【图文】：

三相电流,电流

第21期王子禹等：基于磁通切换电机的绕组开放式发电系统的建模与参数设计6201ubtIPS+WMP负载六路PWM信号dq/abcibuspiqrefPIudcudcrefiqref=0iaibicvBvCvAiaibicuNsapsbpscpsansbnscnn图6绕组开路式多输入源发电系统Fig.6Multi-inputsourceopenwindinggeneratorsystemt/siA/0.140.160.180.20iLiaibic202图7负载侧电流与三相电流Fig.7Loadcurrentandthreephasecurrent于负载的输入阻抗。不控整流侧相当于非线性负载，，会使输出电流与电压存在脉动，当系统在该频率处输入输出特性相匹配时即等效环路增益较低时，瞬时输出电压的脉动量被环路大大衰减，远小于其直流量与低频小信号分量(此处低频小信号分量指的是频率远低于脉动频率的小信号扰动)之和。因此可近似认为该系统的稳态下非交流分量在一个周期内平均值与瞬时值相等。这样，可利用开关平均法来进行建模，既可消除脉动频率的影响，又保留了直流量与低频小信号分量信息。3多输入源绕组开放式发电系统建模3.1绕组开路发电系统等效数学模型3.1.1逆变侧建模分析中忽略开关过程，将开关器件和反并二极管组合视为理想开关，则三相电压型逆变器的开关网络可等效成3个单刀双掷开关的并联。令三相逆变器输入侧电压Ubt。sip、sin分别表示上、下半桥中连接a、b、c相开关器件的状态，任一瞬间每项只有一个开关导通，因此每相上下开关满足如下约束条件：1{,,}ipinss，iabc(2)1{,,}iipinsss,iabc(3)结合系统状态可得关系式：iipbtpipiusuisi(4)式中ui、ii为对应相的电压和电流。在远低于开关

波形,开关函数,相电压,平均模型

IDdUbt+-(b)d轴开关平均模型LrVqIqqLIDdUbt+-(c)q轴开关平均模型图8dq坐标下的开关平均模型Fig.8Averagedswitchingmodelofdqcoordinate逆变侧建模完成后，需要对dq坐标系下不控整流输入侧即Vd、Vq进行建模分析。3.1.2不控整流侧电压关系建模在绕组开放式发电系统中，稳态情况下由于电压环的控制作用，可将负载端电压视为一等效电压源如图8所示。不控整流输入侧三项电压可以视为电压控制型电压源，根据不控整流输入侧三相电压波形va、vb、vc可推导出图9基于负载电压的开关函数sa、sb、sc满足如下关系，其中vdc为负载侧端电压：aadcbbdcccdcvsvvsvvsv(12)Ssasbsc0/32/34/35/327/38/312/31/301/32/31图9整流输入侧相电压开关函数Fig.9Switchingfunctionofrectifierinputsides’phasevoltage将每相开关函数视为两个周期奇函数的叠加，从而进行傅里叶分解可得式(13)：a0bc2sin(61)sin(65)()[]6165(/3)(/3)kkksfkksfsf(13)经过转换矩阵可得旋转dq坐标下开关函数sd、sq，从而求得Vd、Vq：006sin6sin(66)[]61656cos6cos(66)[]6165dkqkkkskkkkskk(14)dcdcddqqvsvvsv(15)3.1.3不控整流侧电流关系建模与电压关系建模类似的，由图7的直流侧输出电流与三相电流的关系，令Ia=Imsin(Im为相电流峰值)，可得如图10所示三相电流开关函数sa、sb、sc。S0/32/34/35/32bsascs101图10整流?

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