车载变速永磁同步发电机恒压恒频供电系统的研究

摘要

随着国民经济与科技的发展，车载移动电源的需求和单机容量越来越大，永磁同步发电机(PMSG)由于其体积小、重量轻、功率密度大、高效节能、可靠性高的特点被越来越多的应用在军用车辆等移动电源车上。然而，由于永磁电机励磁磁场不易调节，使得在汽车变速运行时的发电机输出电压和频率都发生变化，无法满足车载高性能电源的要求。因此通过后级电力电子装置进行变流，以提供稳定的直流电或者三相交流电，获得高性能的车载发电机供电系统有重要意义。
　　针对目前的车载发电机系统所存在的问题，本文提出了一种高性能车载移动电源的系统方案，通过可控PWM整流获得稳定的直流母线电压;对较小容量蓄电池进行双向DC/DC变换，使得即使在发电机故障的情况下直流母线电压仍然短时维持恒定;直流母线电压经过并联的逆变器及高频滤波对外提供高品质的电能供应。
　　针对常规的直轴电流为零的控制策略不能适应转速大范围变化时的PMSG的PWM整流直流稳压要求的问题，提出了最小弱磁控制策略，以使电机能够运行于更高的转速，并分别给出了针对隐极型同步发电机、凸极型同步发电机的弱磁控制算法;进而深入研究了电机的特征参数凸极率、特征电流及其他因素对永磁同步发电机弱磁扩速能力的影响，以期为适应不同的基速和转速范围要求的电机设计提供参考;在MATLAB/SIMULINK环境下，对恒功率负载下永磁同步发电机的PWM整流稳压供电系统进行了仿真，验证了本文所提出的控制方案对拓展永磁同步发电机高速运行区的有效性。
　　最后对该高性能车载永磁同步发电机供电系统中的双向DC/DC变换器进行了仿真研究。
　　论文的研究内容对于提高变速永磁发电机车载供电系统的电能质量以及研究车辆增程器奠定了一定的理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 高性能车载发电机供电系统研究的意义

1．2 车载发电机供电系统的研究现状

1．2．1 永磁同步发电机简介

1．2．2 永磁同步电机的常用矢量控制策略

1．2．3 永磁同步电机弱磁控制的研究现状

1．3 高性能车载发电机系统目前存在的问题

1．4 本文的主要研究内容

第2章 车载永磁发电系统的构成及工作原理

2．1 引言

2．2 高性能车载移动电源的系统构成

2．3 本章小结

第3章 变速永磁同步发电机整流的弱磁控制

3．1 引言

3．2 矢量控制

3．2．1 矢量控制思想

3．2．2 坐标变换

3．3 永磁同步电机的数学模型

3．3．1 永磁同步电机的数学模型

3．3．2 考虑变流器容量限制的永磁发电机数学模型

3．4 弱磁控制分析

3．4．1 隐极型永磁同步电机

3．4．2 凸极型永磁同步电机

3．4．3 固定弱磁与最小弱磁控制策略

3．5 本章小结

第4章 永磁同步发电机弱磁可控整流的建模与仿真

4．1 引言

4．2 三相PWM整流器

4．2．1 三相PWM整流器的数学模型

4．2．2 双闭环解耦控制原理

4．2．3 空间矢量调制技术(SVPWM)

4．3 弱磁PWM整流的仿真分析

4．3．1 永磁发电机整流的弱磁控制策略

4．3．2 系统各组成模块

4．3．3 仿真结果及分析

4．4 本章小结

第5章 高性能车载发电机供电系统的低压备份蓄电池部分

5．1 引言

5．2 双向DC-DC变换器

5．2．1 升压变换器模式

5．2．2 降压变换器模式

5．3 双向DC／DC变换器的仿真分析

5．4 本章小结

第6章 结论及展望

6．1 论文工作总结

6．2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作

致谢