3.2 發電機的矢量控制模型分析

我們知道，標準的三相交流電流通過對稱的三相繞組時能產生一個旋轉磁場，這個旋轉磁場的頻率（或者稱為轉速）是和交流電流的頻率一致的，它的幅值是其中某一相電流幅值的1.5倍，這個磁場（或電流）是一個有大小，方向可旋轉的物理量，被稱為磁場矢量（或電流矢量），通過改變交流電流的頻率幅值、相位以及相序，可以方便地控制磁場矢量的轉向、大小及空間的相對位置。從物理上看，該磁場矢量是和一個可旋轉的、由一個單一直流線圈產生的磁場相等效。通過改變直流線圈中的電流來改變磁場的大小，通過控制線圈的轉速、位置、轉向來改變磁場的變化。換句話說，靜止的三相對稱交流電產生的磁場和旋轉的直流電流產生的磁場等效。

通過上面的分析我們可以認為，電機中的旋轉磁場矢量可以由產生它的三相交流電來控制，我們把這個旋轉矢量概念加以推廣，就得到電壓矢量、電流矢量、磁場矢量等。

交流電機中的各種電磁量的關系，基本上都可以用各自相應的矢量來描述，它們之間的制約關系，也可以從矢量的分析得到。

（1）交流勵磁雙饋發電機矢量控制的目標。交流勵磁雙饋發電機由兩套繞組：定子三相繞組和轉子三相繞組。轉子繞組如果流過三相交流電流，就會在空間中產生旋轉磁場矢量，這個磁場矢量切割定子繞組產生三相電流。反過來，定子電流在空間中也產生旋轉磁場矢量，對轉子電流也會產生影響，使它的幅值、相位發生變化。交流勵磁雙饋發電機中的各個電磁量的相互作用，可以認為是各相應矢量的作用。從效果上看，轉子電壓矢量、轉子電流矢量和定子電流矢量、定子電壓矢量存在一個相互制約的關系。在交流電機中，影響電機運行狀態的還有電機轉子的轉速和輸入轉矩。

（2）交流勵磁發電機功率的矢量控制在交流電路中，除了電阻外還包含電抗，這使得電路中的電壓和電流產生相位差，在這種含有電抗的交流電路中，電壓和電流的有效值的乘積稱之為視在功率。而有功功率是指電流消耗在電阻中的功率，數值上是電流和電阻壓降的有效值乘積，無功功率是指電流和電抗壓降的乘積。由于正弦波電流可以由兩個相互正交的同頻率的正弦電流合成，所以，電流可以看成是由與電壓相位一致的分量及與電壓相位相差90°分量的兩部分組成，有功功率可以認為是電壓可與其同相位的電流的乘積，無功功率可以認為是電壓和與其正交的電流的乘積。設無窮大電網的電壓和頻率不變，當發電機并入無窮大電網之后，它的端電壓可以認為是常量，只有定子的電流是可以受到控制的，其中和電壓同相的分量稱為有功分量，和電壓正交的分量稱為無功分量。

所謂功率的矢量控制，就是指在并網時，考慮到轉子轉速以及輸入轉矩，根據雙饋型發電機的電磁關系，通過控制發電機側交流勵磁電流矢量來控制發電機定子輸出的電流矢量，分別改變轉子側的有功電流分量和無功電流分量，從而達到對有功功率和無功功率的獨立調節。

綜上所述，本論文對交流勵磁發電機的控制思路是：通過轉子的交流勵磁電壓來控制轉子電流，使之滿足：

1）轉子電流的頻率等于滑差頻率。

2）轉子電流的有功分量和無功分量按照某種比例變化，依據轉子電流和定子電流存在的某種內在關系，達到控制定子電流，就達到了控制功率的目的。