交流感应无刷励磁系统的转子变量检测研究

摘要

无刷励磁技术具有诸多的优点，不仅可提高励磁系统的可靠性，而且减少了维护工作量。交流变频感应无刷励磁系统是一种新型的励磁系统，具有定、转子变量耦合度高，动态性能好、励磁功率不受转速限制和体积小等优点，可以弥补现有的无刷励磁系统的不足，因此具有很好的应用前景与研究价值。本文利用交流感应励磁机的定、转子紧密的耦合关系，对无刷励磁系统的检测进行深入研究，解决一直困扰无刷励磁系统的无传感器的转子电流检测和故障判断的问题。
　　交流变频感应无刷励磁系统的转子变量检测包括交流励磁机转子电流检测、励磁电流检测、旋转整流器故障检测与判断等。本文首先建立了交流感应励磁机在不同坐标系下的数学模型与旋转整流器带感性输出负载的数学模型，分析旋转整流器运行的三种状态下交流感应励磁机转子电流与励磁电流之间的关系。对改进电压模型法磁链观测器存在动态时检测不准的问题，提出一种进一步改进的电压模型法转子磁链观测器，即利用实际的励磁电流来补偿转子磁链经一阶惯性积分环节导致的磁链幅值与相位误差，其检测性能更优。对实际系统中转子反电动势经一阶惯性近似积分环节后存在的零漂问题，采用反电动势多次低通滤波的零漂在线校准方法，该方法具有需要调节参数少，且易于数字化的实现等优点。接着建立无刷励磁系统转子变量检测的MATLAB仿真模型，对转子磁链检测、转子电流检测、旋转整流器故障等进行仿真分析，分析参数变化对转子磁链与电流检测的影响。然后分析了整流器正常运行、单/双管开路运行、单/双管短路运行时转子电流的FFT谐波分析，通过分析各特征参量值基波幅值、直流分量、二次谐波幅值及总谐波畸变率（THD）参数的变化综合判定整流器是否故障及故障类型。
　　最后，对交流感应无刷励磁系统转子变量检测进行硬件与软件设计，编写转子变量检测的软件实现，搭建基于DSP芯片TMS320F2808为核心控制板的硬件试验平台，对检测系统转子电流与励磁电流检测进行稳态试验，试验结果表明，转子磁链检测、转子电流检测与励磁电流检测理论方法的正确性。

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第1章 绪论

1.1选题的背景及意义

1.2 交流无刷励磁检测技术的研究现状

1.3交流变频电机转子变量检测相关技术发展状况

1.4本文研究的主要内容与章节安排

第2章 交流感应励磁机的坐标变换和数学模型

2.1 前言

2.2 交流感应励磁机的坐标变换

2.3 交流感应励磁机的数学模型

2.4 本章小结

第3章 交流感应励磁系统转子变量检测的分析和研究

3.1 前言

3.2 交流感应励磁机转子电流检测分析

3.3 交流感应励磁机转子电流与主机励磁电流的关系

3.4交流感应励磁机磁链观测器模型分析

3.5 本章小结

第4章 交流感应励磁系统变量检测仿真分析和研究

4.1前言

4.2电机参数变化对变量检测器的影响分析

4.3交流变频励磁机磁链检测的仿真模型

4.4无刷励磁系统的转子变量检测仿真分析

4.5本章小结

第5章 旋转整流器故障检测的分析和研究

5.1前言

5.2旋转整流器正常运行时转子电流的波形分析

5.3旋转整理器故障时的分析

5.4 本章小结

第6章 无刷励磁系统变量检测硬件与软件设计

6.1前言

6.2无刷励磁系统变量检测硬件设计

6.3无刷励磁系统变量检测软件设计

6.4本章小结

第7章 实验结果与分析

7.1搭建试验平台

7.2转子变量检测试验分析

第8章 总结与展望

8.1全文总结

8.2进一步的工作与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果