无刷双馈电机调速技术及应用研究

摘要

随着我国灌溉泵站事业的不断发展，灌溉泵站工况调节中的一些问题也暴露了出来，当泵站的运行扬程和流量需求变化较大时，水泵的调节往往不能工作在最佳的效率区内，出现耗电量大，运行效率低的情况。无刷双馈电机是一种运行稳定、功率因素可调的电机，最鲜明的特点是能将转子上的一部分能量回馈到电网上，节约电能，其次无刷双馈电机可以通过转子的磁场调制作用，将定子上两个原本互不耦合、不同极对数的旋转磁场进行能量传递，取消滑环和电刷，提高电机运行的稳定性。将无刷双馈调速技术引入灌溉泵站的工况调节，可以提高泵站的运行效率，节约成本。
　　本文对无刷双馈电机的发展历史、研究现状进行了介绍，对其结构和工作原理进行了描述，搭建d-q坐标系下的无刷双馈电机模型，利用MATLAB仿真软件对无刷双馈电机不同运行状态进行仿真，理论验证无刷双馈调速在泵站工况调节中的可行性，并对控制绕组电压幅值与频率、功率因数之间的关系进行了研究，使无刷双馈电机运行于最佳状态。
　　无刷双馈传统直接转矩控制中的转矩、磁链存在滞环宽度，产生脉动，降低无刷双馈电机的稳定性。本文引入基于电压空间矢量的直接转矩控制策略，通过选取合适的控制绕组的幅值和幅角来驱动SVPWM控制无刷双馈电机，并通过MATLAB仿真软件对直接转矩的两种控制方法进行仿真，分析空间电压矢量直接转矩优势。
　　最后对无刷双馈电机试点应用泵站西习五级站进行基本情况进行介绍，将理论计算结果和现场测试数据结合起来分析无刷双馈调速技术相对于节水调节的优势性，对无刷双馈调节的经济性进行分析，总结无刷双馈调速应用在泵站中的成效，并将无刷双馈调速技术推广应用到泵站工况调节中去。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义

1．3 无刷双馈电机发展

1．4 我国无刷双馈电机的研究现状

1．5 无刷双馈电机应用前景

1．5．1 变频调速领域

1．5．2 变速恒频发电领域

1．6 本文的主要工作

1．7 论文内容安排

第二章 无刷双馈电机基本结构与工作原理

2．1 无刷双馈电机基本机构

2．1．1 定子结构

2．1．2 转子结构

2．2 无刷双馈电机原理

2．2．1 无刷双馈电机磁场调制理论

2．2．2 无刷双馈电机运行原理

2．3 无刷双馈电机运行方式

2．3．1 异步运行

2．3．2 同步运行

2．3．3 双馈运行

2．4 无刷双馈运行能量关系分析

第三章 无刷双馈电机数学模型与开环仿真

3．1 无刷双馈电机的数学模型

3．1．1 网络模型

3．1．2 无刷双馈电机d-q模型

3．2 无刷双馈电机运行特性仿真

3．2．1 仿真模块介绍

3．2．2 无刷双馈电机运行仿真结果分析

第四章 无刷双馈电机传统直接转矩控制研究

4．1 无刷双馈电机直接转矩控制

4．1．1 直接转矩控制基本原理

4．1．2 磁链观测和电压矢量的关系

4．1．3 传统直接转矩控制系统的控制方式

4．2 直接转矩控制策略基本模块设计

4．2．1 磁链比较器模块

4．2．2 转矩比较器模块

4．2．3 扇区的选择模块

4．2．4 电压矢量选择模块

4．3 无刷双馈电机传统直接转矩控制仿真

4．4 传统直接转矩控制方法的不足

第五章 基于电压空间矢量的直接转矩控制研究

5．1 空间电压矢量基本调制原理

5．2 基于电压空间矢量直接转矩控制模块设计

5．2．1 PI控制模块

5．2．2 参考控制绕组磁链设计模块

5．2．3 参考电压计算模块

5．2．4 SVPWM模块

5．3 基于空间矢量直接转矩无刷双馈电机仿真

5．4 基于电压空间矢量直接转矩控制的优势

第六章 无刷双馈电机在泵站中的应用

6．1 无刷双馈电机调速技术泵站应用背景

6．2 试点泵站选择原则与概况

6．2．1 试点泵站选择原则

6．2．2 试点泵站概况

6．2．3 试点泵站运行现状

6．3 试点泵站现场测试数据分析

6．4 无刷双馈调速效益分析

6．4．1 理论分析

6．4．2 现场测试结果分析

6．4．3 经济分析

6．5 无刷双馈调速应用总结

6．5．1 无刷双馈调速成效

6．5．2 推广应用前景

7．1 课题主要工作总结

7．2 课题展望

参考文献

致谢

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