基于等效旋转控制绕组的无刷双馈电机控制策略研究

摘要

无刷双馈电机是一种新型电机，其不但具有简单、可靠和坚固等特点，还可以运行在异步、同步和双馈状态下。与使用传统交流电机的调速系统相比，只需通过定子控制绕组提供转差功率，仅占整个系统功率的一小部分。因此，它在风机、泵类的变频调速控制系统和风电、水电的变速恒频控制系统中，有着广泛的应用前景。 本文的主要工作包括无刷双馈电机的理论分析、系统仿真和实验研究，具体分为以下内容： 首先，通过对无刷双馈电机的结构特点、运行方式和机电能量转换过程的描述，分析了无刷双馈电机的基本原理。根据电机转子的磁场调制作用，分析了气隙中有效磁场的产生过程，解释了无刷双馈电机产生机电能量转换的机理。 其次，在磁场调制理论的基础上并结合前人的研究成果，得到利用等效旋转控制绕组的方法建立的无刷双馈电机数学模型。基于这种数学模型，利用MATLAB/SIMULINK软件搭建了无刷双馈电机的仿真模型，并对电机的起动、稳态运行(异步、同步和双馈运行)等状态下的动态特性进行了仿真研究。 再次，研究了无刷双馈电机的控制方法。在等效旋转控制绕组数学模型的基础上，引入了绕线转子感应电机的磁场定向控制策略，只需通过调节无刷双馈电机控制绕组电流的幅值、相位和频率就可以实现对速度的有效控制，提高了电机的响应速度。在此基础上，又对智能控制进行了初步的研究，采用了模糊PID控制方法，增强了电机的动态性能。通过仿真分析证明了上述方法的正确性。 最后，进行了无刷双馈电机实验系统硬件和软件的部分设计工作，对基于等效旋转控制绕组数学模型的无刷双馈电机的变频调速控制系统进行了实验研究。实验结果验证了理论分析和仿真研究的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2无刷双馈电机国内外研究现状

1.2.1无刷双馈电机的发展历史

1.2.2无刷双馈电机基本理论与设计方法的研究

1.2.3无刷双馈电机控制策略的研究

1.3无刷双馈电机的优势及应用前景

1.4本文的主要研究内容

2无刷双馈电机的基本原理

2.1无刷双馈电机的定转子结构和运行方式

2.1.1定子结构和绕组的连接要求

2.1.2转子的结构类型

2.1.3无刷双馈电机的运行方式

2.2无刷双馈电机磁场调制机理

2.2.1磁阻转子的调制作用

2.2.2机电能量转换的实现

2.2.3参数计算

2.3双馈运行方式下的能量传递

2.3.1无刷双馈电机的转差率

2.3.2功率、损耗与能量流通关系

2.4本章小结

3等效旋转控制绕组数学模型的构建与仿真

3.1无刷双馈电机等效旋转控制绕组数学模型

3.1.1磁阻转子无刷双馈电机三相静止坐标数学模型

3.1.2无刷双馈电机的两相旋转坐标数学模型

3.1.3无刷双馈电机的等效旋转控制绕组数学模型

3.2等效旋转控制绕组数学模型的仿真

3.2.1 MATLAB仿真软件的特点

3.2.2利用SIMULINK搭建的电机仿真模型

3.2.3无刷双馈电机动态特性仿真

3.3本章小结

4无刷双馈电机的控制策略研究

4.1无刷双馈电机的标量控制

4.2无刷双馈电机的直接转矩控制

4.3基于等效旋转控制绕组数学模型的磁场定向控制系统

4.3.1磁场定向控制的基本原理

4.3.2变频调速系统的SIMULINK仿真模型

4.3.3调速系统的磁场定向控制仿真

4.4无刷双馈电机的模糊控制

4.4.1模糊控制原理和模糊控制器

4.4.2模糊控制器设计

4.4.3调速系统的模糊控制仿真

4.5本章小结

5无刷双馈电机的变频调速控制系统实验研究

5.1实验平台的构成

5.2变频电源的主电路设计

5.2.1整流电路

5.2.2逆变电路

5.2.3 PWM调制技术

5.2.4变频电源的工作方式

5.3 IGBT驱动与保护电路设计

5.3.1驱动电路

5.3.2延时与封锁电路

5.3.3故障输出电路

5.4控制芯片

5.5矢量控制变频调速实验研究

5.6本章小结

6结论

参考文献

在学研究成果

致谢