定子双绕组高速感应发电机励磁控制策略研究

论文摘要

随着新材料的出现、电力电子技术的发展和人们对电机性能要求的不断提高,新型特种电机不断涌现,高速电机便是其中的一个典型代表。高速电机作为发电机是一个主要的发展趋势,可以用于分布式发电系统或作为独立备用电源。本文主要研究高速感应发电机。当感应电机作为发电机时,受原动机转速变化和负载变化的影响较大,很难保证输出的电压恒定,因此高速感应发电机采用定子双绕组机构,通过控制补偿绕组的输入电压来解决这一问题。主要工作如下:首先,设计一台12000r/min的定子双绕组高速感应发电机,定子功率绕组和补偿绕组的下线方式均为单层链式,并且保证这两套绕组空间上互差30°电角度,实现两者间互漏感在d、q轴上的解耦。并通过Ansoft软件进行有限元分析验证。其次,在现有的、较为成熟的控制策略（转子磁场定向矢量控制和定子磁场定向矢量控制等）中,进行分析比较,选择适合的控制策略。在上述工作的基础上,确立定子双绕组高速感应发电机的数学模型,从而利用Matlab软件中S函数建立定子双绕组高速感应发电机的仿真模型。采用定子磁场定向矢量控制策略,在Matlab/Simulink的环境下,利用Simulink和Powerlib2元件库中的元件搭建起定子双绕组感应发电系统。为了提高该发电系统的供电质量,具有更好的抗干扰能力,采用模糊控制器。通过仿真证明模糊控制系统与传统PID控制系统相比,调节时间更短,波动更小,功率绕组输出电压更为平稳。最后,将一台型号为Y801-4的感应电机改造为定子双绕组感应发电机,并搭建了试验平台,对定子双绕组感应发电机进行试验验证。证明了感应发电机通过自身的剩磁和功率绕组并联的自励电容,在原动机的拖动下自励电压的理论;在补偿绕组输入端加入滤波器后,通过调节补偿绕组的输入电流,从而调节功率绕组的输出电压,验证了补偿绕组的对电机自身励磁的补偿作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 定子双绕组高速感应发电机的设计
• 2.1 高速感应发电机定子结构设计
• 2.1.1 定子铁心设计
• 2.1.2 定子绕组形式
• 2.2 高速感应发电机转子结构设计
• 2.2.1 转子铁心设计
• 2.2.2 硅钢片的选择
• 2.3 定子双绕组高速感应电机两套绕组容量比的设计
• 2.3.1 定子双绕组高速感应电机在空载时的工作特点
• 2.3.2 定子双绕组高速感应电机在负载时的工作特点
• 2.4 小结
• 第三章 定子双绕组感应发电系统控制策略
• 3.1 感应电机发电原理
• 3.2 定子双绕组感应发电系统
• 3.3 定子双绕组感应发电系统控制策略
• 3.3.1 感应发电机控制策略概述
• 3.3.2 转子磁场定向矢量控制原理
• 3.3.3 定子磁场定向矢量控制原理
• 3.3.4 定子双绕组高速感应发电系统控制策略的确定
• 3.4 模糊控制应用于定子双绕组感应发电系统
• 3.4.1 模糊控制的基本原理
• 3.4.2 模糊控制器的设计
• 3.5 小结
• 第四章 定子双绕组感应发电系统的仿真
• 4.1 Matlab仿真软件的介绍
• 4.2 定子双绕组高速感应电机仿真模型的搭建
• 4.2.1 定子双绕组高速感应电机的数学模型
• 4.2.2 定子双绕组高速感应电机的建模
• 4.3 模糊控制器的建模
• 4.4 定子双绕组高速感应发电系统仿真结果及分析
• 4.4.1 传统PID控制系统的仿真结果
• 4.4.2 模糊控制系统的仿真结果
• 4.5 小结
• 第五章 定子双绕组感应发电系统试验研究
• 5.1 定子双绕组感应发电机样机的研制
• 5.2 定子双绕组感应发电试验系统的搭建
• 5.3 定子双绕组感应发电系统的试验研究
• 5.3.1 补偿绕组输入信号移相试验
• 5.3.2 定子双绕组感应发电机自励电压试验
• 5.3.3 定子双绕组感应发电机补偿励磁试验
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢