采用变频调速的方式提高风机泵类负载的效率,对于节能减排、实现碳中和的目标具有显著意义。无刷双馈电机利用两个不同极对数磁场间接耦合的方式实现转子的无刷化,可靠性较高。应用于变频调速系统时变频器仅需承担系统的部分功率,特别是在高压大功率系统中,将电机定子两套绕组分别设计为高压绕组与低压绕组,利用低压变频器即可实现转速调节,具有明显的优势。目前,绝大部分关于无刷双馈电机电磁机理与控制策略的研究仍停留于理论分析与实验室测试验证阶段,难以满足实际应用的需求。本文以绕线转子无刷双馈电机为对象,针对变频调速系统的起动方式、运行模式及控制方式的切换和非理想电网环境下的控制方式进行研究,为无刷双馈变频调速系统的应用提供了完备的解决方案,主要工作内容如下:1)建立了绕线转子无刷双馈电机功率侧子系统与控制侧子系统的时空矢量图,分析了无刷双馈电机定转子的电磁耦合关系。指出两个子系统对应的磁场相互独立,同时在转子的电气回路中存在交叉,说明了两个定子磁场通过转子实现间接耦合的机理。基于定转子磁势平衡方程从磁场储能的角度推导了无刷双馈电机的转矩表达式;同时,又基于功率平衡方程从等效电路的角度推导了无刷双馈电机的转矩表达式,以此说明了无刷双馈电机双馈运行模式下的转矩特性与同步电机类似。2)利用无刷双馈电机的稳态数学模型,研究了电机在异步与双馈运行模式下的转矩特性,分析了最大异步转矩与电机参数的关系。确定了无刷双馈电机异步软起动控制的原则,即选择一条转速-电阻曲线,使电机在起动过程中获得适合负载工况的转速-转矩特性。基于无刷双馈电机的简化等效电路模型,推导了桥臂导通比与虚拟电阻之间的关系;提出了导通比线性步长增大的控制方式,增强了起动过程中系统的转矩自适应能力;推导了异步转矩与定子控制侧电流幅值的关系,提出了基于电流滞环的控制方式,实现了恒转矩起动,这样在拖动位能性负载时可以避免电机反转。基于无刷双馈电机双电气端口交流励磁的特性,对原有的双馈起动方式进行优化,采用基于定子控制侧开路电压跟踪的双馈起动控制策略降低了控制系统的硬件成本。以静止状态下定子控制侧的开路电压及负载转矩特性为依据,设计了多种起动方案,为控制系统的设计提供参考,并通过仿真与实验进行了验证。3)对电机的数学模型进行了降阶处理,简化了转矩表达式,提出了定子电流矢量等效夹角的概念,并与电机的转矩角进行类比,利用该等效夹角研究了负载变化过程中转速开环I/F控制方式的稳定裕度。分析了电机运行模式切换前后定子控制侧电流转矩与励磁分量的变化,对比了I/F控制方式与矢量控制方式在异步-双馈运行模式切换时的区别,提出了I/F控制模式下运行模式切换时初始角度的计算方法。又利用I/F控制方式使电机由异步运行过渡至基于定子电流的无速度传感器矢量控制方式的双馈运行模式,扩展了无感矢量控制方式的适用工况。基于电压矢量等效的切换原则,推导了控制策略切换时初始值的计算方式,利用仿真与实验对上述控制方法进行了验证。4)建立了弱电网及畸变电网下无刷双馈电机系统的谐波等效电路,可准确计算出电网侧与电机侧的谐波电流,将理论计算与实验结果进行了对比。发现弱电网下系统的谐波分布特性由电网谐波阻抗及电机系统的等效谐波阻抗共同决定,畸变电网下电机侧的谐波电流由电网畸变率与电机系统的等效谐波阻抗共同决定。电机的等效谐波阻抗可通过控制变频器的输出进行调整,基于谐振控制方式设计了两个谐波控制回路,可以实现弱电网下系统谐波电流的双向控制及对畸变电网下电机的定子谐波电流的抑制。利用时域分析的方法,对谐波控制回路的参数进行了设计;推导了不同工况与控制目标下变频器输出电压矢量的表达式,分析了谐波控制回路对母线电压裕量的要求,通过仿真与实验对谐波电流控制策略进行了验证。