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无刷双馈电机三电平控制策略研究

发布时间:2018-04-16 20:04  文章来源:笔耕文化传播

  本文选题:无刷双馈电机 + 空间矢量调制 ; 参考:《东北大学》2014年博士论文


【摘要】:无刷双馈电机(简称为BDFM)是一种新型交流感应电机。它具有两套定子绕组和一套功率绕组,这种电机在结构上取消了电刷和滑环,具有结构简单、坚固耐用、功率因数可调和变频器容量小等优点。由于无刷双馈电机可以运行于同步,异步和双馈等多种状态,因此其在交流调速调速系统和变速恒频发电等领域中有着广阔的应用前景。三电平逆变器具有耐压程度更高、输出电压波形质量高等优点,适用于高压大容量交流调速系统。因此具有较高实用价值和研究意义。本文以无刷双馈电机为研究对象,对其三电平三电平控制方法进行了理论分析,并进行了仿真和实验验证。本文主要内容如下:从绕线式无刷双馈电机的的气隙磁场原理出发,系统地分析了其运行原理。介绍了定子绕组和转子绕组的基本结构。详细分析了无刷双馈电机的各种运行状态,同时对无刷双馈电机在各种不同运行状态下的功率流向进行了深入的分析。推导并建立了无刷双馈电机在静止abc坐标系下的稳态数学模型,并将稳态数学经过坐标变换,建立了无刷双馈电机在任意d-q坐标系下的动态数学模型,在仿真软件平台下搭建了电机数学模型,并分别对其单馈运行状态和双馈运行状态的动态性能仿真和分析。详细分析了二极管嵌位式三电平主电路拓扑结构及其工作原理,着重介绍了空间矢量脉宽调制方法的调制方法。针对三电平空间矢量算法的中点平衡、电压输出变化率和电压跳变等问题,提出了一改进式空间电压矢量合成方法,简化了参考电压矢量的扇区判断和作用时间计算过程中大量的三角函数计算,通过仿真结果验证了其理论分析的正确性和方法的有效性。详细分析了无刷双馈电机的标量控制和转子磁场定向矢量控制算法等闭环控制算法的结构和原理。重点研究了无刷双馈电机的三电平直接转矩控制算法,分别对磁链观测,转矩观测,磁链调节和转矩调节等单元进行了分析。设计了了一种基于模型参考自适应方法的的磁链观测模型。针对三电平直接转矩控制算法中磁链和转矩脉动、电压跳变和输出电压变化率高和中点电压偏移等问题。对电压矢量空间进行了优化。在传统固定合成矢量方法上进行了改进。提出了一种改进式固定矢量合成法,将合成矢量进一步细分,减小了电压跳变和磁链、转矩脉动,通过计算机仿真表明所提出算法的实用性和有效性,具有较高的应用价值。针对三电平直接转矩控制系统中电压矢量方案复杂、转矩脉动和磁链脉动大等问题,提出了一种无刷双馈电机三电平模糊控制算法。通过模糊控制算法来对转矩、磁链和中点电位的误差进行调节。在仿真平台上对所提出的算法进行仿真,仿真结果表明所提出算法转矩响应快,同时有效的降低了磁链和转矩脉动。以DSPTMS320F2812为控制核心建立了无刷双馈电机的三电平实验平台。介绍了实验平台各硬件模块的设计方法,在此平台上进行了无刷双馈电机三电平控制算法实验研究,给出了主要的实验结果。实验结果验证了本文所提出算法的正确性。
[Abstract]:The brushless doubly fed machine (BDFM) is a new type of AC induction motor. It has two sets of stator windings and a power winding of the motor, no brushes and slip rings in the structure, has the advantages of simple structure, durable, adjustable power factor converter capacity of small advantages. Because of the brushless doubly fed the motor can run in synchronous, asynchronous and double fed a variety of state, so the AC speed regulation system and VSCF power and other fields has a wide application prospect. Three level inverter has the advantages of high degree of pressure, the output voltage waveform of high quality, is suitable for AC speed control system of high voltage and large capacity. It has a high research value and practical significance. Based on the brushless doubly fed machine as the research object, on the third level three level control method is analyzed, and the simulation and experimental verification. The main contents are as follows Starting from the principle of air gap magnetic field winding type brushless doubly fed motor, the system analysis of the operation principle. The paper introduces the basic structure of stator winding and rotor winding. A detailed analysis of the running condition of brushless doubly fed machine, at the same time of BDFM in different power flow line under the condition of in-depth analysis. The establishment of the mathematical model of brushless doubly fed motor in static ABC coordinates is deduced and the mathematical and the coordinate transformation, the establishment of the dynamic mathematical model of brushless doubly fed motor in arbitrary d-q coordinate system, build the motor mathematical model in the simulation software platform, and the single feed operation state and operation state of the DFIG dynamic performance simulation and analysis of diode clamped three level inverter main circuit topology and its working principle, emphatically introduces the space vector PWM Method for modulation method. The neutral point balance for the three level space vector algorithm, the output voltage change rate and voltage jump problem, proposed an improved space vector synthesis method, trigonometric function simplifies the calculation process of large amount of sector judgment and action time of the reference voltage vector in the calculation, it is verified by simulation validity of the method and its theoretical analysis. A detailed analysis of the structure and principle of BDFM scalar control and rotor flux oriented vector control algorithm and closed-loop control algorithm. Focusing on the three level direct torque control algorithm for brushless doubly fed machine, respectively on the flux observation, observation of torque, flux regulation and torque regulation unit are analyzed. The design is based on a model reference adaptive method of flux model. According to the three level direct torque control algorithm In the flux and the torque ripple voltage jump and output voltage change rate and neutral point voltage offset. The voltage vector space is optimized. In the traditional fixed synthesizing vector method was improved. This paper proposed an improved fixed vector synthesis method, the synthetic vector further subdivision, decrease the voltage jump variable flux and torque ripple, and the practicability and validity of the proposed algorithm by computer simulation shows that it has high application value. According to the three level direct torque control voltage vector control system of complex problems, such as flux and torque ripple, presents a BDFM three level fuzzy control algorithm. Through the fuzzy control algorithm for the torque error, flux and neutral point potential are adjusted. The simulation of the proposed algorithm in the simulation platform, the simulation results show that the proposed algorithm fast response torque, At the same time reduce the flux and torque ripple. Using DSPTMS320F2812 as the control core to establish three level experimental platform of brushless doubly fed machine. This paper introduces design method of the experimental platform of the hardware module, on this platform without experimental study on Algorithm for three level control of brushless doubly fed motor, the experimental results are given. The main experiment the results verify the correctness of the proposed algorithm.

【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM346

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