大连电机厂：双馈调速系统组成结构
在双馈调速系统中，被控的电动机可以采用系列化生产的普通绕线式异步电动机，但使用特殊结构的两相垂直转子绕组的绕线式异步电动机时，控制方法与三相转子绕组电机（AMI通用型电机驱动器提高控制精度）完全类似，其励磁主回路及控制电路减少一相，结构更简单、成本更低。变频电机 变频器
其中，起关键作用部分的是交流励磁电源，在笔者研制的双馈调速系统中采用的是由反并联的三相全控整流桥构成的交-交变频器，其作用就是给电机提供合适频率、电压、相位的励磁，使电机的转速和功率因数都能按需要改变。交-交变频器可以实现能量的双向流动，根据电机的运行状态可以使电机输出的转差功率向电网回馈或由电网向电机馈入转差功率（即“双馈” ），没有无谓的能量消耗。另外，如果采用了矢量控制技术将转子电流 I 2分成励磁分量 I M和转矩分量 I T分别进行控制，调整转矩分量就可以按要求调整转速，而调整励磁分量则可以按要求调整电机定子侧的功率因数，两者的调节互不影响，因此在调速范围内的任何转速下，电机能稳定工作于功率因数为 1 甚至超前功率因数状态下，电机的效率高。
当被控电机的功率因数为 1 时，定子侧电流和电压同相，定子电流全部用来做功，定子电流达到额定电流时电机的输出功率将超过异步电机的额定功率，此时由于电机的电压和电流均为额定值，电机完全可以在这种状态下长期运行，因此本系统除了使异步电动机获得优良的调速性能之外，还在不需要对电机做任何改造的情况使电机的容量有一定的增加。
因此，采用矢量控制技术后，双馈调速系统的性能要远远优于传统的转子串电阻调速、变极调速、调压调速等调速方式，由于前述电压低、容量小、成本低的原因与一般在定子侧的变频调速相比也有较大的性价比优势。而这一切优势都是建立在矢量控制技术的基础之上，所以矢量控制技术是本调速系统的核心技术，能否实现矢量控制决定了系统能否正常运行，矢量控制实现的精度如何就决定了系统运行的性能如何。
2矢量控制实现方法
在笔者研制的双馈调速系统中，控制核心是以 TI 公司的 TMS320LF2407 DSP 芯片为核心构成，矢量控制功能主要由 DSP 通过内部运算完成。这是一个双闭环控制系统，转速/功率因数调节环为控制外环，而电流调节环则为控制内环。外环调节作用较慢，主要解决转速/功率因数的精确控制；内环调节作用快，主要解决电流的精确控制。
由用户设定的期望转速 n*与转速检测器检测到的实际转速 n f相比较，误差送到 PI调节器改变转子电流转矩分量的期望值 I T *，由电流内环控制转子电流相应地变化，使转子电流转矩分量的实际值 I Tf向期望值变化，从而使电机的实际转速向期望转速变化，直到两者相等、误差为零。功率因数调节外环的工作过程与转速外环相同，控制转子电流励磁分量的实际值 I Mf向期望值 I M *变化，从而使功率因数的实际值 cosφf向期望值 cosφ*变化，直至相等。
电流调节内环的工作原理是，由转速和功率因数外环给定的转子电流转矩分量和励磁分量期望值作为电流环的输入信号，它们分别与转子电流转矩分量和励磁分量的实际值比较；得到的误差信号分别经 PI 调节器改变转子电压转矩分量期望值 U T *和励磁分量期望值 U M *；U T *和 U M *两个量都是直流量，属于静止坐标系参数，它们再经过静止到旋转和二相到三相的矢量变换就可以得到 a、b、c 三相电压的期望值Ua *、Ub *和 Uc *；Ua *、Ub *和 Uc *三个量经过 D/A 转换就可以得到三相期望正弦电压，这里充分利用 DSP 芯片具有的 PWM 功能，将三个电压的期望值变成PWM 波形输出，由低通滤波器滤掉高频量就可以得到三相期望电压的正弦波形，实现了 D/A 转换，由于变频器的每一相是由正反两个整流桥构成，需要两路互相反相的期望正弦波，产生 PWM波形的时候就直接产生了六路输出，经过低通滤波器输出的就是两两反相的三组期望正弦波；这三组正弦波信号送到变频器，控制触发脉冲的移相角，从而使变频器输出由期望正弦波电压所决定的三相交流电压；三相交流电压就决定了转子三相电流；转子电流检测器检测三相转子电流的实际值，经过三相到二相和旋转到静止的矢量变换得到转子电流转矩分量和励磁分量的实际值，作为反馈量与期望值比较；如果转子电流转矩分量和励磁分量的实际值与期望值不相等，误差信号将通过上述过程改变三相电压的期望值，从而改变变频器的输出电压，则转子电流会随之而变，从而减小与电流期望值的误差，直至误差为零。
其中矢量变换部分需要使用由转差角检测器检测到的转差角的实际值，矢量变换用 DSP 根据矢量变换相应的公式用软件运算的方式实现。以累加实现积分，这部分功能也以 DSP 用软件运算的方式实现。由于变频器是由三相全控桥式整流电流为基础构成，约每 3.3ms 才有一次脉冲，而只有有脉冲的时候才能改变输出，所以在两个脉冲之间的时间内变频器是不受控制的，在这段时间内期望正弦波的值发生两次及以上的变化和发生一次变化的效果完全相同，因此，为了降低 DSP 工作量，电流调节内环的比较、PI 调节、矢量运算、PWM 产生等操作每 2ms 才进行一次，而转速/功率因数外环的比较、PI 调节操作则是每40ms 才进行一次。
3结语
本系统以外围硬件电路进行所需信号的检测，以 DSP 进行矢量变换和 PI 调节的软件运算，充分发挥了硬件和软件各自的优势，从而顺利地将矢量控制技术在双馈调速系统中予以实现。其实现方法和原理可以应用到类似调速系统中，适当修改也可以应用于定子侧变频调速系统。
另外，在本双馈电机的矢量控制实现方法中，由于对电流的调节是通过矢量变换将实际的三相交流变换成两个直流电流量来进行调节的，实现的时候可以直接借用直流调速系统的电流调节理论和实现方法，实现简单、可靠。但这种实现方法也带来对电流变化响应速度较慢的缺点，不适用于对调速动态性能要求较高的场合，主要适用于风机、水泵等对调速动态性能要求不是很高的系统。大连电机厂www.dalianmotor.com
