42V汽车爪极同步发电机系统无测量传感器的磁场定向控制

论文摘要

近年来,随着汽车用电设备的日益增多,汽车用电量迅速增长。然而,目前还被广泛使用的传统14V汽车发电系统因固有设计局限无法满足未来汽车对高效、高输出功率发电系统的需求,为此本文提出一种新型42V汽车爪极同步发电机系统,将发电机与PWM整流器串联,并采用磁场定向控制方法,保证直流侧输出电压稳定在42V。文中给出包括爪极发电机、PWM整流器和蓄电池在内的一系列设备模型,其中爪极发电机是在αβ坐标系下按照发电机惯例建立,并采用交流电势控制和直流稳压控制两种电压控制策略。采用励磁单闭环来调节交流电势,当转速变化时,通过调节励磁电流保证定子电势保持恒定。与此同时,采用相电流╱直流电压双闭环直流调压系统,其中相电流环作为内环,直流电压环作为外环,当负载变化时能够保证输出的直流电压迅速稳定在42V。文中系统并未采用传统速度传感器和交流电压传感器,而是通过直流侧输出电压和PWM整流器开关信号计算交流电压和发电机机械转速,系统动态性能可以与采用速度和交流电压传感器时的动态性能相匹敌,从而在一定程度上降低了系统成本,所提出的控制方法也已在实时仿真实验中获得了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 汽车发电系统的发展和研究现状
• 1.2 磁场定向控制的提出和研究现状
• 1.3 课题研究目标
• 1.4 论文主要内容
• 第二章 42V系统方案的设计及爪极同步发电机的功率特性分析
• 2.1 14V汽车发电系统的结构
• 2.2 新型汽车发电系统的特点
• 2.3 14V/42V双电压系统方案
• 2.4 42V汽车爪极同步发电机系统结构
• 2.5 爪极同步发电机的数学模型
• 2.6 爪极同步发电机的功率特性
• 2.7 本章小结
• 第三章 电压型换流器的工作原理及数学模型
• 3.1 电压型换流器的工作原理
• 3.2 电压型整流器的数学模型
• 3.3 蓄电池模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 42V汽车发电系统的磁场定向控制设计
• 4.1 坐标变换
• 4.1.1 坐标变换的方式
• 4.1.2 三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换
• 4.1.3 两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换
• 4.1.4 三相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换
• 4.2 爪极发电机在两相静止和两相旋转坐标系下的数学模型
• 4.3 磁场定向控制的实现
• 4.4 交流侧电压和电机转速的估算模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统的仿真模型及仿真结果
• 5.1 42V汽车发电系统的仿真模型
• 5.2 系统的离线及和实时仿真结果
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果