出模塊312給定所述二象變頻器11轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩切換指令，所述開關(guān)量輸出模塊312給定所述異步發(fā)電機22啟停指令，所述模擬輸出模塊311給定所述四象限變頻器21頻率指令。
[0023]測速單元40，包括速度編碼器41，所述速度編碼器41測得所述連接軸I轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速值提供至所述中央處理模塊313。
[0024]通過所述程序調(diào)試端33為所述可編輯邏輯控制器31提供風(fēng)速模型，控制所述異步電動機12拖動所述異步發(fā)電機22發(fā)電。實現(xiàn)異步電動機12代替風(fēng)力機提供機械能，進而模擬出風(fēng)力發(fā)電。
[0025]本實施方式中，所述二象限變頻器11為施耐德Altivar 71系列變頻器。所述二象限變頻器11具有不同的電機控制類型以及大量的內(nèi)置功能，能夠滿足各種要求。所述二象限變頻器11在控制所述異步電動機12極低速度時轉(zhuǎn)矩升高，同時具有速度的精確性。所述二象限變頻器11的磁通矢量控制可以實現(xiàn)高動態(tài)性能。所述二象限變頻器11擴大的頻率范圍，適合高速電機驅(qū)動。所述二象限變頻器11提供電壓頻率比控制方式，可以驅(qū)動專用電機和變頻器進行并聯(lián)連接。所述二象限變頻器11在開環(huán)模式下同步電機控制方式，能提高靜態(tài)速度精度，并且實現(xiàn)省電功能。所述二象限變頻器11設(shè)置有驅(qū)動不平衡負載機械的電動機控制算法的自適應(yīng)功能，能夠使不平衡機器運行平穩(wěn)。在其他實施方式中，所述二象限變頻器還可以是通用變頻器。
[0026]本實施方式中，所述異步電動機12為鼠籠式異步電動機，所述異步電動機12的額定功率4KW，額定電壓380V，額定電流8.9A，最大轉(zhuǎn)速1800rpm，轉(zhuǎn)子慣量0.015Kg.m2。
[0027]本實施方式中，所述四象限變頻器21為通用的ACS800-11系列變頻器。所述四象限變頻器21的Al 1+和AU-為模擬量轉(zhuǎn)速指令輸入端，與所述模擬量輸出模塊311相連，變化范圍是0~20mA直流電流。所述四象限變頻器21的AOl+和AOl-是模擬量輸出端，與所述可編輯邏輯控制器31的模擬量輸入模塊314相連接，向所述中央處理模塊313提供所述異步發(fā)電機22的轉(zhuǎn)速信號，變化范圍是0~20mA。所述四象限變頻器21的A02+和A02-是模擬量輸出端，與所述模擬量輸入模塊314相連，向所述中央處理模塊313提供所述異步發(fā)電機22的定子電流，變化范圍是0-20mA。所述四象限變頻器21的DIl與可編輯邏輯控制器31的數(shù)字量輸出模塊315相連，用于控制所述四象限變頻器21的起停。所述四象限變頻器21控制所述異步發(fā)電機22的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向始終為正轉(zhuǎn)。在其他實施方式中，所述四象限變頻器還可以是ACS800-04系列。
[0028]本實施方式中，所述可編輯邏輯控制器31為Modicon M340 PLC (ProgrammableLogic Controller)。所述可編輯邏輯控制器31擁有卓越的運算能力和多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持64個高優(yōu)先任務(wù)。在其他實施方式中，所述可編輯邏輯控制器還可以是IZE BMXAM10800型號。
[0029]本實施方式中，所述通信終端32為觸摸屏，相當于操作面板，以實現(xiàn)人機交互功能，增加通信指令輸入方式。所述通信終端32與所述程序調(diào)試終端33通信，以實現(xiàn)所述程序調(diào)試端33下載程序以及調(diào)試程序，并且實現(xiàn)所述程序調(diào)試終端33與所述可編輯邏輯控制器31的交換數(shù)據(jù)。在其他實施方式中，所述通信終端還可以是操作鍵盤。
[0030]本實施方式中，所述程序調(diào)試端33為計算機，所述程序調(diào)試終端33的主要作用是編程調(diào)試，并利用組態(tài)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視作用。
[0031]進一步地，所述異步電動機12連接轉(zhuǎn)速齒輪箱13，以降低所述連接軸I轉(zhuǎn)速提升轉(zhuǎn)矩。
[0032]當所述異步電動機12的額定轉(zhuǎn)速為1500rpm，功率為4kW時，額定轉(zhuǎn)矩為26.7Nm。與真實的風(fēng)力機特性相比較，所述異步電動機12的轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較低。因此，需要齒輪箱來降低轉(zhuǎn)速，并升高輸出轉(zhuǎn)矩。因此設(shè)置所述轉(zhuǎn)速齒輪箱13的減速比為5:1。從而可以將所述異步電動機12的輸出轉(zhuǎn)速降低至300rpm，并提高輸出轉(zhuǎn)矩為95.5Nm。在給定風(fēng)速較低的情況下，可以實現(xiàn)所述異步電動機12轉(zhuǎn)速特性與真實風(fēng)力機的等比例模擬。
[0033]進一步地，所述程序調(diào)試端33根據(jù)所述風(fēng)速模型獲得給定風(fēng)速，以及根據(jù)所述速度編碼器41檢測到的轉(zhuǎn)速，計算出所述異步電動機12的輸出轉(zhuǎn)矩，并將所述輸出轉(zhuǎn)矩12通過所述開關(guān)量輸出模塊312給定至所述二象限變頻器11。
[0034]具體的，所述程序調(diào)試端33向所述中央處理模塊313寫入風(fēng)力機模型以及風(fēng)速模型，并且根據(jù)用戶通過所述通信終端32給定風(fēng)速至所述中央處理模塊313，同時將所述速度編碼器41檢測到所述轉(zhuǎn)速齒輪箱13的輸出轉(zhuǎn)速提供至所述中央處理模塊313。所述中央處理模塊313計算出此時真是的風(fēng)力機應(yīng)該輸出的轉(zhuǎn)矩，將真實的風(fēng)力機轉(zhuǎn)矩與齒輪箱減速比做比較之后，作為所述異步電動機12的轉(zhuǎn)矩給定，送入所述二象限變頻器11。由所述二象限變頻器11驅(qū)動所述異步電動機12按照該轉(zhuǎn)矩運行，同軸連接的所述轉(zhuǎn)速齒輪箱13輸出的轉(zhuǎn)矩即為所要模擬的真實風(fēng)力機的此時的轉(zhuǎn)矩特性，實現(xiàn)了風(fēng)力機的轉(zhuǎn)矩特性的模擬。
[0035]進一步地，請參閱圖2，所述異步電動機12設(shè)置磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)120，所述磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)120包括磁通調(diào)節(jié)器121、電流調(diào)節(jié)器122、磁通觀察器123和三相PWM124。所述開關(guān)量輸出模塊312給定磁通至所述磁通調(diào)節(jié)器121，給定轉(zhuǎn)矩至所述電流調(diào)節(jié)器122，所述磁通觀察器123檢測所述異步電動機12三相定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并計算出轉(zhuǎn)子磁通及其轉(zhuǎn)角，并給定三相交流信號至所述三相PWM124，所述三相PWM124控制所述異步電動機12矢量轉(zhuǎn)矩。
[0036]具體的，由電子技術(shù)可知利用PWM控制的三相逆變橋六個空間矢量和兩個零矢量的合理線形組合，便可獲得任意所需的電機定子磁鏈，這種技術(shù)成為空間矢量技術(shù)。
[0037]所述二象限變頻器11包括電流傳感器111，所述電流傳感器111檢測所述異步電動機12的三相電流矢量，并將三相電流矢量給定至所述磁通調(diào)節(jié)器123。所述磁通矢量轉(zhuǎn)矩控制結(jié)構(gòu)120還包括電流矢量3/2變換器125和電流矢量2/3逆變換器126。所述電流傳感器111將所述異步電動機12的三相坐標系A(chǔ)-B-C中的三相交流信號提供至所述電流矢量3/2變換器，所述電流矢量3/2變換器再將三相交流信號變換到兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標系d_q中的直流信號進行運算，并向所述電流調(diào)節(jié)器122提供兩相直流信號。所述電流調(diào)節(jié)器122將所述兩相直流信號提供至所述電流矢量2/3逆變換器126，所述電流矢量2/3逆變換器126再將所述兩相直流信號反變換成三相交流信號以形成對所述三相PWM124的控制。
[0038]電機矢量控制的基本含義是，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，在三相坐標系上的定子電流通過矢量變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的直流電流id和iq，可以將轉(zhuǎn)子總磁通等效成直流電動機的勵磁磁通W，并將d軸定位于勵磁磁通W的方向上，稱作為M(Magenetizat1n)軸；將q軸稱作為T (Torque)軸。則M軸繞組相當于直流電機的勵磁繞組，L相當于勵磁電流，T軸繞組相當于