基于可旋转变换器的同步电机无刷励磁研究

论文摘要

本文介绍了一种新型同步电机无刷励磁技术方案,即基于可旋转变换器的无刷励磁方案,该方案利用旋转式感应电能传输技术,将电能从旋转变换器静止的部分,不经过物理连接,就传输到变换器的旋转部位,为同步电机提供稳定且可方便调节的励磁电流。连接静止部分和旋转部分的核心部件就是旋转变压器,它的原边静止、副边集成在同步电机的转子上,随转子的旋转而转动。本文着重介绍了基于可旋转变换器无刷励磁系统的三大部分:首先对全桥式旋转变换器进行了设计、对它的工作特性作了仿真研究和实验的对比;然后对实验用同步发电机本体进行了设计、有限元建模、磁场分析和电感参数的求取,最后介绍了无刷励磁系统中的励磁调节器的设计和实现。另外对整个无刷励磁系统进行了Matlab仿真研究,并在实验平台上完成了利用可旋转变换器对同步发电机进行无刷励磁的实验,实验结果证明,可旋转变换器完全能够满足同步电机励磁系统的要求。可旋转变换器技术不仅是同步电机无刷励磁技术的新突破,同时也为同步电机无刷励磁技术的研究打开了一扇新窗口。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 无刷励磁的研究现状
• 1.3 高频旋转变换器的无刷励磁技术简介
• 1.3.1 感应电能传输技术
• 1.3.2 旋转变换器无刷励磁方案
• 1.3.2.1 旋转变换器无刷励磁方案的提出
• 1.3.2.2 旋转变换器无刷励磁原理
• 1.4 本文的研究内容和意义
• 第二章 全桥式可旋转变换器的设计和实现
• 2.1 可旋转全桥变换器
• 2.1.1 可旋转变换器的工作原理
• 2.1.2 可旋转全桥变换器中占空比丢失问题
• 2.1.3 旋转变压器的工作原理和设计特点
• 2.2 主电路的设计
• 2.2.1 输入整流滤波电路
• 2.2.2 主功率管的选择
• 2.2.3 输出整流二极管的选择
• 2.2.4 谐振电路的设计
• 2.3 控制和驱动电路
• 2.3.1 控制电路
• 2.3.2 驱动电路
• 2.4 全桥式可旋转变换器的 Saber 仿真
• 2.4.1 Saber 软件简介
• 2.4.2 全桥电路的建模
• 2.4.3 仿真波形与分析
• 2.5 旋转变换器实验平台简介
• 2.6 实验波形与分析
• 2.6.1 占空比不同时的波形分析
• 2.6.2 转速不同时的波形分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 旋转变压器无刷励磁同步发电机及电气参数求取
• 3.1 无刷励磁同步发电机的设计及制作
• 3.2 基于有限元分析的同步发电机的电气参数求取
• 3.2.1 电磁场有限元分析基本理论
• 3.2.2 Maxwell 软件简介
• 3.2.3 同步发电机的Maxwell 建模
• 3.2.4 同步发电机的静态场分析
• 3.2.5 同步发电机的瞬态场分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 同步发电机无刷励磁系统的建模与仿真
• 4.1 可旋转变换器无刷励磁控制系统的工作原理
• 4.2 同步发电机的数学模型
• 4.3 同步发电机的MATLAB 建模
• 4.4 可旋转变换器无刷励磁系统的建模
• 4.5 仿真结果与分析
• 4.5.1 仿真参数设置
• 4.5.2 仿真波形
• 4.5.3 结论
• 4.6 本章小结
• 第五章 同步发电机励磁调节系统硬件设计
• 5.1 励磁调节系统的功能
• 5.2 励磁调节器的组成及工作原理
• 5.3 检测电路
• 5.3.1 电压检测电路
• 5.3.2 励磁电流检测电路
• 5.4 PI 校正环节
• 5.5 移相触发环节
• 5.6 保护电路
• 5.6.1 主电路桥臂过流保护
• 5.6.2 直流电压限制电路
• 5.6.3 励磁电流限制电路
• 5.6.4 高相电流限制功能
• 5.6.5 保护信号的综合和清除
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 同步电机无刷励磁系统的实验平台
• 6.2 电机空载实验与仿真结果分析对比
• 6.3 开环实验结果与分析
• 6.4 闭环实验结果与分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要研究工作总结
• 7.2 进一步的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文
• 硕士期间参加的科研项目