3.2 發(fā)電機(jī)的矢量控制模型分析

我們知道，標(biāo)準(zhǔn)的三相交流電流通過對稱的三相繞組時能產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場的頻率（或者稱為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的、由一個單一直流線圈產(chǎn)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(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)向來改變磁場的變化。換句話說，靜止的三相對稱交流電產(chǎn)生的磁場和旋轉(zhuǎn)的直流電流產(chǎn)生的磁場等效。

通過上面的分析我們可以認(rèn)為，電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場矢量可以由產(chǎn)生它的三相交流電來控制，我們把這個旋轉(zhuǎn)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(jī)中的各種電磁量的關(guān)系，基本上都可以用各自相應(yīng)的矢量來描述，它們之間的制約關(guān)系，也可以從矢量的分析得到。

（1）交流勵磁雙饋發(fā)電機(jī)矢量控制的目標(biāo)。交流勵磁雙饋發(fā)電機(jī)由兩套繞組：定子三相繞組和轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組如果流過三相交流電流，就會在空間中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場矢量，這個磁場矢量切割定子繞組產(chǎn)生三相電流。反過來，定子電流在空間中也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場矢量，對轉(zhuǎn)子電流也會產(chǎn)生影響，使它的幅值、相位發(fā)生變化。交流勵磁雙饋發(fā)電機(jī)中的各個電磁量的相互作用，可以認(rèn)為是各相應(yīng)矢量的作用。從效果上看，轉(zhuǎn)子電壓矢量、轉(zhuǎn)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(guān)系。在交流電機(jī)中，影響電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的還有電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和輸入轉(zhuǎn)矩。

（2）交流勵磁發(fā)電機(jī)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(chǎn)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(shù)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(rèn)為是電壓可與其同相位的電流的乘積，無功功率可以認(rèn)為是電壓和與其正交的電流的乘積。設(shè)無窮大電網(wǎng)的電壓和頻率不變，當(dāng)發(fā)電機(jī)并入無窮大電網(wǎng)之后，它的端電壓可以認(rèn)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(wǎng)時，考慮到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及輸入轉(zhuǎn)矩，根據(jù)雙饋型發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系，通過控制發(fā)電機(jī)側(cè)交流勵磁電流矢量來控制發(fā)電機(jī)定子輸出的電流矢量，分別改變轉(zhuǎn)子側(cè)的有功電流分量和無功電流分量，從而達(dá)到對有功功率和無功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)。

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

1）轉(zhuǎn)子電流的頻率等于滑差頻率。

2）轉(zhuǎn)子電流的有功分量和無功分量按照某種比例變化，依據(jù)轉(zhuǎn)子電流和定子電流存在的某種內(nèi)在關(guān)系，達(dá)到控制定子電流，就達(dá)到了控制功率的目的。