基于动子电流的双馈直线电机矢量控制研究

摘要

近十年来，我国轨道交通取得了巨大的进步。随着经济的发展，各大城市对地铁、轻轨、有轨电车等城市轨道交通有了新要求。直线电机牵引技术在地铁和磁浮列车中表现出了较大的优势，是列车驱动技术发展的一个重要方向。本文以城轨用双馈直线电机为研究对象，对电机的数学模型、基于动子电流的矢量控制方法、直线电机的边端效应、电机运行中能量的调节等方面进行了较为深入的研究。
　　分析了双馈直线电机的结构。对比单边直线感应电机可知双馈直线电机结构存在明显的不同，为了准确地建立电机模型，需要考虑电机的边端效应。采用直线电机的一维电磁场分析方法得出了电机的气隙磁场表达式，再根据电机内部电磁功率的关系推导了纵向动态端部效应系数，据此得出了考虑端部效应的“T”型等值电路。对电机的主要特性参数进行了计算。等值电路为后续的电机性能分析和控制提供了模型基础。
　　使用Ansoft Maxwell软件对双馈直线电机进行了有限元仿真。仿真中主要改变电机的激励电流，气隙大小和电机的运行速度三个条件，研究不同条件下电机水平推力的变化情况，并与等效电路模型的计算相对比，验证电路模型的有效性。
　　根据电机基本原理，建立了电机在同步旋转坐标系（dq0）下的数学模型，简要分析了常见双馈电机控制方法，决定采用基于动子电流的矢量控制方法。该方法的优点是不存在电流的耦合，转矩表达式简单，调节量在转子侧，对变频器的容量需求相对较小。利用Simulink对整个控制系统进行了仿真，验证了动子电流控制方案的有效性，研究了双馈直线电机速度调节中的能量流动关系。由分析可知，外接可调的电压源可以调节电机的转速，调节电机功的率因数。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 直线电机原理概述及研究现状

1．3 双馈直线电机工作原理概述

1．4 本文主要内容

第2章 双馈直线电机的基本原理

2．1 双馈直线电机的边端效应分析

2．1．1 纵向动态边端效应计算

2．1．2 横向边端效应计算

2．2 双馈直线电机的等效电路模型

2．3 双馈直线电机主要性能参数计算

2．3．1 电感参数计算

2．3．2 电磁推力计算

2．3．3 电机的电磁功率计算

2．4 本章小结

第3章 有限元模型仿真分析研究

3．1 Ansoft Maxwell简介

3．2 有限元仿真模型的建立

3．3 有限元仿真分析

3．3．1 速度与水平推力的仿真

3．3．2 气隙变化的仿真分析

3．3．3 速度与气隙磁通密度的仿真分析

3．4 本章小结

第4章 基于动子电流的矢量控制

4．1 双馈直线电机的数学模型

4．2 双馈直线电机动子电流控制原理

4．3 双馈直线电机能量关系分析

4．3．1 次同步下减速和加速

4．3．2 无功调节的原理

4．4 本草小结

第5章 动子电流控制仿真与分析

5．1 控制模型的建立

5．2 定子磁链观测

5．3 基于动子电流的矢量控制仿真

5．3．1 空载启动仿真

5．3．2 基于动子电流的矢量控制仿真

5．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表论文