研究组使用了一台容量为30kVA的原型BDFM作为发电机。一台37kW的三相异步电动机作为原动机与BDFM同轴相连，原动机的驱动是通过一台西门子MM430变频器来实现。实验系统的核心部分是两台PWM变换器：CW侧变换器和供电侧变换器。这两台PWM变换器都是采用IGBT作为开关器件，对它们的控制是通过两个相对独立的控制板（CW侧变换器控制板和供电侧变换器控制板）来实现的。这两个控制板都是基于ARM (Freescale MK60FN1M0VLQ12)和FPGA (Altera Cyclone Ⅳ)设计的，其硬件配置完全一致，只是其中的控制算法不同。两个控制板输出的PWM脉冲信号经过IGBT驱动模块隔离和放大后驱动各个IGBT。使用LEM LT 208-S7/SP1电流传感器测量CW三相电流和PW三相电流，使用LEM LV 100电压传感器测量PW三相电压，测量结果转换为-10V～10V的模拟量信号，送至CW侧变换器控制板。电机转子位置信号由一个增量式编码器采集，也送至CW侧变换器控制板，编码器型号为RHI90，由P+F公司制造，其精度为1024线。另外，分别使用电流传感器LEM LT 208-S7/SP1、电压传感器LEM LV 100测量供电侧变换器交流侧电流、PW三相电压和直流母线电压，测量结果也转换为-10V～10V的模拟量信号，送至供电侧变换器控制板。CW侧变换器和供电侧变换器通过直流母线相连，直流母线上并联了4个薄膜电容，每个电容的容值和额定电压均为4000uF、700V，因此直流母线电容的总容值为16000μF。该实验平台的预充电电路用来在发电系统启动之前对直流母线电容进行充电，使得系统启动时CW侧变换器能正常工作以实现对CW的励磁控制，当启动完成后，可通过开关将其从控制回路中切除。此外，实验系统中还配置了一台Beckhoff控制器对两台PWM变换器进行协调控制。Beckhoff控制器与CW侧变换器控制板和供电侧变换器控制板之间是通过CAN总线进行通讯的，它还通过Modbus总线与一台触摸屏相连以实现人机交互。Beckhoff控制程序中包含了整个系统的时序逻辑以及故障检测和各种保护功能。

图1无刷双馈电机测试平台

图2 实验系统硬件配置框图