基于矩阵变换器的无刷双馈电机控制研究

论文摘要

无刷双馈电机是在串级电机基础上发展起来的一种新型、兼具异同步电机特点的交流调速电机，结构简单牢固、功率因数可调、可回馈使用的转差功率、小容量的调速控制装置及多种运行模式等特点，深受国内外研究者的重视。以笼型转子无刷双馈电机及其调速系统为研究对象，介绍了无刷双馈电机的工作原理、发展历史和国内外研究现状、课题来源及研究意义，推导了无刷双馈电机的稳态等效电路模型，得到了该电机在电动或发电运行方式下定子绕组间的功率分配关系以及功率流向，建立了无刷双馈电机的仿真模型，并对其各种运行方式进行了仿真研究。提出基于矩阵式变换器的无刷双馈电机控制策略，与无刷双馈电机控制绕组相连的变换器要求能量能够双向流动，其容量大约是电机容量的几分之一，矩阵变换器以其诸多独特的优点成为首选变换器，它能够实现四象限运行，能量可双向流动。由于没有大容量的储能元件，矩阵变换器的结构相对于传统的交直交变换器更为紧凑、体积更小，便于与电机集成在一起。通过适当调制，可使矩阵变换器的输入电流波形接近正弦波，减小对电网的谐波污染，矩阵变换器l的输入功率因数可接近1。仿真结果表明，基于矩阵式变换器通过控制无刷双馈电机控制绕组的电流频率和幅值，能够很好的实现转速和功率绕组的功率因数调节。而矩阵式变换器的利用可使控制绕组的电流接近正弦波，加快转速调节过程。本文的研究工作得到国家自然科学基金重点项目——“分散式风力—太阳能混合发电系统研究”(60534040)的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
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• 第一章 绪论
• 1.1 无刷双馈电机的发展历史
• 1.2 无刷双馈电机的国内外研究状况
• 1.3 课题来源及其研究意义
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 无刷双馈电机的基本理论
• 2.1 无刷双馈电机的基本原理
• 2.2 无刷双馈电机的运行特性及其仿真
• 2.2.1 自起动和异步运行
• 2.2.2 同步运行方式
• 2.2.3 双馈调速运行方式
• 2.2.4 发电机运行方式
• 2.2.5 运行特性仿真
• 2.3 无刷双馈电机的稳态方程及功率流向
• 2.4 无刷双馈电机的运行区域
• 2.5 本章小节
• 第三章 无刷双馈电机的数学模型及其控制
• 3.1 无刷双馈电机的数学模型
• 3.1.1 网络数学模型
• 3.1.2 转子d-q轴数学模型
• 3.1.3 双同步坐标模型
• 3.3 无刷双馈电机的控制策略研究
• 3.3.1 转子磁场定向控制
• 3.3.2 直接转矩控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于矩阵式变换器的无刷双馈电机控制
• 4.1 矩阵式变换器的的结构及基本原理
• 4.1.1 矩阵式变换器的拓扑结构
• 4.1.2 矩阵式变换器的基本原理
• 4.2 矩阵式变换器的空间矢量调制
• 4.2.1 空间矢量调制简介
• 4.2.2 逆变侧的输出电压空间矢量调制
• 4.2.3 整流侧的输入电流空间矢量调制
• 4.2.4 输出电压和输入电流组合控制策略
• 4.3 基于矩阵式变换器的无刷双馈电机控制
• 4.3.1 转速控制
• 4.3.2 功率绕组功率因数控制
• 4.3.3 矩阵式变换器的控制
• 4.3.4 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢