梯形波相电流驱动下的六相感应电机性能研究——仿真实验

论文摘要

直流电机固有的弱点,促使了交流电机驱动的迅猛发展。在大功率和高可靠性的场合,多相电机具有独特的优势,许多学者把研究兴趣转向多相电机。尽管多相电机本体表现出很好的性能,但其控制要比三相交流电机系统复杂的多。本文对多相感应电机的特点和其调速系统进行了回顾和总结,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,而无须复杂的坐标变换。首先,建立了d-q旋转坐标系下的六相感应电机的数学模型,分析转子磁场定向控制下六相感应电机的控制系统。分析研究六相感应电机在梯形波相电流驱动下的电机性能。计算在磁动势平衡时对应的K值,推导和分析了六相感应电机电磁转矩方程。计算了气隙磁动势的谐波和毎相的自感和互感以及绕组函数.其次,利用Matlab仿真软件,建立梯形波相电流驱动下的六相感应电机驱动系统的模型,分析系统的动、静态性能。最后,利用改装成的小型六相感应电机,建立梯形波相电流驱动下的六相感应电机驱动系统实验平台,验证理论分析和Matlab仿真结果。仿真及实验结果表明:该驱动系统在磁动势平衡或零正交磁通量条件下,转矩和转矩电流保持线性关系且不受负载的影响;且在该梯形波相电流控制下,有较好的电磁转矩响应速度。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外的研究现状与发展
• 1.3 课题研究内容
• 1.3.1 课题研究内容
• 1.3.2 特色和创新之处
• 2 感应电机的矢量控制
• 2.1 直流电动机和感应电动机的电磁转矩
• 2.1.1 直流电动机的电磁转矩
• 2.1.2 感应电动机的电磁转矩
• 2.1.3 电磁转矩方程
• 2.2 六相感应电机及控制系统
• 2.2.1 多相感应电机驱动系统
• 2.2.2 六相感应电机的建模
• 2.2.3 六相感应电机的控制
• 2.3 本章小结
• 3 梯形波相电流驱动下的六相感应电动机工作原理
• 3.1 直流电机控制原理
• 3.2 六相电流波形构建
• 3.3 磁场分析
• 3.4 电磁转矩分析
• 3.5 K 值及电磁转矩计算
• 3.6 励磁磁动势的时空谐波分析
• 3.6.1 六相电流时间谐波分析
• 3.6.2 仅考虑励磁电流时磁动势谐波分析
• 3.7 六相电机定子电感计算
• 3.8 本章小结
• 4 六相感应电机驱动系统的 Matlab 仿真
• 4.1 六相感应电机驱动系统仿真模型创建
• 4.1.1 PI 速度调节器
• 4.1.2 同步位置和速度计算模块
• 4.1.3 六相电流波形发生器
• 4.1.4 滞环控制器和逆变器
• 4.1.5 六相感应电机建模
• 4.1.6 机械运动系统
• 4.2 仿真结果
• 4.2.1 六相电流的波形
• 4.2.2 静态转矩测试
• 4.2.3 启动和稳态运行性能测试
• 4.2.4 阶跃转矩电流下的转矩响应
• 4.3 本章小结
• 5 基于 DSP 的六相电机驱动系统实验研究
• 5.1 基于 DSP 的实验系统配置
• 5.1.1 电机实验台
• 5.1.2 功率逆变器
• 5.1.3 DSP 控制器
• 5.2 PI 调节器与滞环电流控制器的研究
• 5.3 稳态转矩测试
• 5.4 k 值的确认
• 5.5 电机运行时转矩和转矩电流的关系
• 5.6 转矩响应
• 5.7 动态性能试验
• 5.7.1 起动—制动性能测试
• 5.7.2 负载扰动实验
• 5.8 本章小结
• 6 结论和建议
• 6.1 六相感应电动机的矢量控制
• 6.2 六相感应电动机梯形波相电流控制理论
• 6.3 六相感应电机驱动系统的MATLAB 仿真
• 6.4 六相感应电机驱动器的实验
• 6.5 建议
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集
• 详细摘要