船舶永磁轴带发电系统研究

摘要

当前环保问题日趋突出，节能减排成为社会发展的必然选择。船舶使用轴带发电系统能够降低油耗、减少环境污染，提高经济性，改善工作环境，在船上得到广泛应用，研究和应用价值较高。船舶永磁轴带发电系统使用永磁同步发电机，具有结构简单、可靠性高、效率高、适合低速等优点，是船舶轴带发电机研究和发展的新趋势。本文针对永磁同步发电机作为船舶轴带发电系统发电机，重点解决在原动机转速变化和发电机负载变化时保持发电机输出电压和频率稳定的问题，采用了将PWM整流和PWM逆变技术应用于船舶永磁轴带发电系统的方案，不仅能够实现船舶主机变速运行时发电机电压调节，也能提高交流侧发电机的功率因数、降低电流谐波。
　　本文分析了轴带发电系统变速恒压恒频的要求，对发电机结构和特性进行了研究。接着对轴带发电系统PWM整流器数学模型进行了研究，得到了在dq轴旋转坐标系下的整流侧数学模型。针对系统dq轴电流存在耦合影响系统稳定性的问题，在整流侧采用电流前馈解耦调压控制策略，对电流环的解耦控制进行了研究，并进行了仿真。仿真表明控制策略达到了系统对调压、电流解耦的要求。分析了电感参数对永磁同步发电机PWM整流控制系统的影响，采用无电感参数解耦控制策略。利用MATLAB对该策略进行了仿真分析，达到了永磁轴带发电系统无电感参数解耦调压的目的。对轴带发电系统逆变器进行了建模分析，采用了电压电流双环控制策略，并利用MATLAB对逆变器控制策略进行了仿真。在前述成果基础上，对本文整个系统进行了仿真，仿真验证了永磁轴带发电系统能够在转速波动、负载变化时实现恒压恒频输出，系统控制策略可靠性得到验证。最后，以TI公司的TMS320F2812为核心搭建系统调压实验平台，基本完成了软硬件设计。实验结果验证系统基本实现了系统直流侧调压的主要要求;在改变发电机转速时，直流电压能快速趋于稳定且超调较小，满足主要要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题的发展与研究现状

1．2．1 船舶轴带发电系统发展及研究现状

1．2．2 PWM变流器研究现状

1．3 论文主要研究内容

第2章 船舶永磁轴带发电系统结构

2．1 船舶永磁轴带发电系统基本结构

2．2 永磁同步发电机

2．2．1 永磁同步发电机结构

2．2．2 永磁同步发电机特性

2．2．3 永磁同步发电机调压方法

2．3 变流器拓扑结构分析

2．4 船舶轴带发电系统电能质量要求

2．5 本章小结

第3章 船舶永磁轴带发电系统整流侧数学模型及控制策略研究

3．1 永磁轴带发电机的数学模型

3．1．1 基本假设

3．1．2 永磁轴带发电机的等效模型

3．1．2 永磁轴带发电机在由轴坐标系下的数学模型

3．2 永磁轴带发电系统PWM整流器的数学模型

3．2．1 基本假设

3．2．2 PWM整流器工作原理

3．2．3 PWM整流器的dq轴数学模型

3．3 永磁轴带发电系统PWM整流器电流前馈解耦控制策略

3．3．1 PWM整流器控制策略介绍

3．3．2 电流前馈解耦控制

3．4 空间矢量脉宽调制

3．5 电流前馈解耦控制仿真

3．6 电感参数对永磁轴带发电系统PWM整流器控制的影响

3．7 无电感参数前馈解耦控制策略研究及仿真

3．8 本章小结

第4章 船舶永磁轴带发电系统PWM逆变器控制研究

4．1 三相PWM逆变器独立运行控制系统设计

4．1．1 独立运行三相逆变器数学模型

4．1．2 独立运行控制环路设计

4．2 船舶轴带发电系统做独立电源供电时逆变部分仿真

4．3 船舶永磁轴带发电机控制系统整流及逆变控制策略系统仿真

4．4 本章小结

第5章 船舶永磁轴带发电系统整流实验平台设计及实验结果分析

5．1 船舶永磁轴带发电机整流控制系统硬件设计

5．1．1 功率主电路的设计

5．1．2 控制电路的设计

5．2 船舶永磁轴带发电机控制系统软件设计

5．3 实验结果及分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 进一步研究工作展望

参考文献

致谢

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