梯形波相电流驱动下的六相感应电机性能研究——理论

论文摘要

自上世纪以来,电力发电、输配电系统都是三相系统。因此大多数电机调速系统都是三相电机与三相变频器构成的。但是目前传统三相电机的地位已经受到一定的挑战,首先是低压且大功率的传动场合,其次是对系统可靠性要求很高的场合。而多相电机调速系统除了可用低压功率器件实现大功率传动外,其多相冗余结构增强了调速系统的可靠性。因此,对多相电机调速的研究受到日益广泛的关注。众所周知,直流电机的励磁电路与电枢电路相互独立,其励磁电流和电枢电流可单独调节,从而使其励磁磁通、电磁力矩和转速也可分别调节,因此直流电机具有良好的控制性能。然而交流电机中励磁电路与电枢电路不再独立,而是相互耦合的。这导致交流调速系统的静态性能和动态性能没有直流调速系统理想,因此探求一种与直流电机尽可能相同的交流电机控制方案,是从事电力拖动的工作者多年向往的奋斗目标,也是交流电力拖动系统控制的关键技术问题之一。针对多相电机控制模式复杂性的特点,本文提出一种新颖的控制方式:即六相感应电机梯形波相电流控制。该梯形波相电流由励磁电流和转矩电流组成,在该梯形波相电流驱动下六相定子绕组可以分为励磁绕组和转矩绕组,模拟直流电机实现励磁磁场和转矩的直接控制而不需要复杂的派克变换。本文主要通过理论分析计算,有限元分析,实验测量数据来研究梯形波相电流驱动下六相感应电机气隙磁链分布和电磁转矩性能,并对磁势解耦时的参数k进行了理论分析和计算。气隙磁链分布和电磁转矩性能的理论分析,有限元分析和实验结果是一致的,这样可以真正意义上模拟直流电机的控制模式。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 多相感应电机调速系统概述
• 1.1.1 多相感应电机的国内外研究现状
• 1.1.2 多相感应电机调速系统国内外研究现状
• 1.1.3 多相感应电机调速系统的特点
• 1.2 本文选题的目的和意义
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 六相感应电机基本理论
• 2.1 六相电机绕组连接方式的特点
• 2.2 六相感应电机电磁转矩
• 2.2.1 转子磁场定向原理及转矩方程
• 2.2.2 定子磁场定向原理及转矩方程
• 2.2.3 气隙磁场定向原理及转矩方程
• 2.3 六相电机电流产生的磁势
• 2.3.1 各相磁势表达式
• 2.3.2 合成磁势表达式
• 2.3.3 六相电机电流与磁势的关系
• 2.4 六相感应电机及控制系统
• 2.5 六相感应电机的建模
• 2.6 结论
• 3 梯形波相电流驱动的六相感应电机运行原理
• 3.1 直流电机电磁转矩产生的机理
• 3.2 六相电流波形构建
• 3.3 磁通密度分析
• 3.4 电磁转矩分析
• 3.5 磁势解耦时参数k 以及静态电磁转矩的计算
• 3.6 结束语
• 4 六相感应电动机有限元分析
• 4.1 有限元概述
• 4.2 电机电磁场的有限元分析
• 4.3 六相感应电机有限元建模
• 4.4 气隙磁通密度分析
• 4.4.1 磁通密度幅值和励磁电流的关系
• 4.4.2 定子励磁电流在不同时间气隙磁通密度波形
• 4.4.3 转矩和转子电流作用下磁通密度分布
• 4.5 稳态电磁转矩计算
• 4.6 转子感应电压
• 4.7 定子相电路建模
• 4.7.1 转子电流对定子磁链的影响
• 4.7.2 单相等效电路的研究
• 4.8 参数的确定
• 4.8.1 自感系数的计算
• 4.8.2 开槽气隙电压常数
• 4.9 结束语
• 5 六相感应电动机驱动系统实验研究
• 5.1 实验系统配置
• 5.2 气隙磁通密度和励磁电流
• 5.3 输出转矩测试
• 5.4 感应电压估算
• 5.5 结论
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A 六相感应电动机的设计说明
• 附录B 定子转距电流和转子电流的计算
• 作者简历
• 学位论文数据集
• 详细摘要