多相感应电机电子变极变频调速系统的研究

论文摘要

半个世纪多以来,对多相系统(相数n大于3)的研究不断深入。与三相驱动系统相比,多相驱动系统的转矩性能平稳,易于用低压功率器件来实现大功率,具有容错能力,增加了高可靠性,适用于大功率的工业场合尤其是舰船驱动、航天电气和机车牵引等领域,近年来受到人们的广泛关注。矢量控制技术以经过3/2坐标变换的交流电机动态模型为基础,利用坐标旋转变换来实现定子电流励磁分量和转矩分量的解耦,使交流电机像直流电机一样能分别对励磁分量和转矩分量进行独立地控制,从而获得像直流电机一样良好的动态性能。矢量控制技术使得高性能交流调速系统得以实现,并使其获得了巨大的发展空间,电子变极技术可以使电机在不停电的情况下进行变极,从而具有更宽广的调速运行范围。本文对多相感应电机的理论及电子变极控制策略等方面进行了研究,全文的主要内容如下：首先引入了绕组函数理论,对多相电机磁动势进行了分析,建立了多相感应电机的数学模型,揭示了多相电机的物理本质,即磁场的分布是由绕组结构和激励一起决定的。阐述了多相电机多自由度的特性,可将其应用于多相感应电机的电子变极技术。介绍了多相感应电机电子变极变频调速系统的硬件实现,主要介绍了多相感应电机电子变极变频调速系统的主回路和控制回路。在主回路中,主要介绍了系统主回路结构、并联型十二脉波不控整流系统和多相逆变系统,对并联型十二脉波不控整流系统中由于移相变压器的副边绕组输出电压不相等或者阻抗不匹配所产生的直流环流进行了分析。在控制回路中,介绍了TI公司的DSP TMS320F28335和FPGA Cyclone EP1C6240C6的功能和任务分配,同时给出了多相感应电机电子变极变频调速系统的控制程序流程图。简述了现在常用的三种正弦脉宽调制方法,在此基础上推导了多相SPWM的脉冲宽度表达式。分析了传统的多相感应电机转子磁场定向矢量控制策略,并在此基础上给出了一种基于谐波电流闭环控制的转子磁场定向矢量控制,能有效地抑制定子谐波电流,降低系统的谐波损耗。阐述了多相感应电机电子变极技术,并给出了基于谐波电流闭环控制的多相感应电机转子磁场定向矢量控制电子变极技术的算法实现,并通过实验进行了验证。该技术能有效地扩大电机的恒功率运行范围,尤其适合大功率场合。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 附图清单
• 附表清单
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 多相电机概述
• 1.2.1 多相电机系统及特点
• 1.2.2 多相电机国内外发展状况
• 1.3 多相电机变频调速系统控制技术概述
• 1.3.1 多相电机建模概述
• 1.3.2 多相电机变频调速系统SPWM调制技术
• 1.3.3 多相电机矢量控制和谐波利用
• 1.4 多相电机变极概述
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 多相感应电机的数学模型
• 2.1 多相电机的磁动势分析
• 2.2 多相电机的数学模型
• 2.2.1 多相感应电机任意速坐标系下的电压方程
• 2.2.2 电磁转矩方程
• 2.2.3 多相电机的多控制自由度分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 多相感应电机电子变极变频调速系统的硬件实现
• 3.1 引言
• 3.2 多相感应电机电子变极变频调速系统的硬件设计基本思路
• 3.3 多相感应电机电子变极变频调速系统的主回路结构
• 3.3.1 并联型十二脉波不控整流系统
• 3.3.2 多相逆变器
• 3.4 多相感应电机电子变极变频调速系统的控制回路
• 3.4.1 DSP TMS320F28335
• 3.4.2 FPGA Cyclone EP1C6240C6
• 3.4.3 DSP和FPGA的任务分配
• 3.4.4 信号采样
• 3.4.5 控制系统程序
• 3.5 系统实现
• 3.6 实验研究
• 3.7 本章小结
• 第4章 多相感应电机转子磁场定向矢量控制技术
• 4.1 引言
• 4.2 正弦脉宽调制技术
• 4.2.1 自然采样法
• 4.2.2 对称规则采样法
• 4.2.3 不对称规则采样
• 4.2.4 多相SPWM
• 4.3 转子磁场定向矢量控制
• 4.3.1 传统多相感应电机转子磁场定向矢量控制
• 4.3.2 基于谐波电流闭环控制的转子磁场定向矢量控制
• 4.4 实验研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 多相感应电机电子变极技术
• 5.1 引言
• 5.2 多相感应电机电子变极技术
• 5.3 实验研究
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果