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电励磁同步电机双三电平矢量控制系统研究及其应用

作　者: 吴轩钦
导　师: 谭国俊
学　校: 中国矿业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电励磁同步电机 PWM整流器 虚拟磁链 矢量控制 无速度传感器
分类号: TM341
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着能源危机的日益严重和国家“节能减排”的要求,迫切需要大功率传动设备的更新换代。电励磁同步电机由于具有过载能力强、效率高、功率因数可调等优点,在许多大型设备驱动上广泛应用。研发高性能的电励磁同步电机双三电平矢量控制系统,可实现节能调速和绿色环保的高度结合,具有极高的社会效应和经济价值。本文以双三电平拓扑结构作为主回路,在此基础上研究了二极管箝位型三电平功率变换器、三电平脉宽调制(PWM)整流器、电励磁同步电机矢量控制以及无速度传感器控制策略。对于二极管箝位型三电平功率变换器,采用一种基于参考电压矢量平移的简化三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,针对其固有的中性点电位平衡问题,给出了四象限运行双三电平功率变换器中点电位自适应控制统一算法。同时介绍了系统采用的多总线控制体系架构以及控制器硬件功能与实现方案。针对PWM整流器采用传统虚拟磁链定向时无法真正达到动、静态解耦控制缺陷,本文在三电平PWM整流器数学模型的基础上,提出了PWM整流器虚拟定子磁链定向控制策略,可实现动态削弱交叉耦合量影响,稳态完全解耦的控制目标,而且对进线电感参数具有良好的鲁棒性。同时提出了基于d - q坐标系虚拟定子磁链观测模型。对比分析了PWM整流器在虚拟定子磁链定向方式和在虚拟气隙磁链定向方式下的控制性能,并提出了网侧无功电流控制策略。通过对电励磁同步电机数学模型的分析,建立了电励磁同步电机气隙磁链定向矢量控制系统。详细分析了电励磁同步电机磁场饱和效应产生本质,提出了基于q轴折算思想的凸极同步电机饱和数学模型,并在此基础上提出了考虑饱和效应影响的闭环混合气隙磁链观测模型,对比分析了气隙磁链观测器分别采用线性磁场电流模型与非线性磁场电流模型时对矢量控制系统运行量的影响。分析了电励磁同步电机凸极效应和电枢反应对系统的影响,提出了基于任意旋转坐标系的转子励磁电流与定子激磁电流统一控制策略,可实现气隙磁链的动态快速补偿及稳态有效控制。针对特殊场合编码器的使用可能带来的不便与弊端,提出了考虑阻尼电流影响电励磁同步电机有效磁链观测模型,并在此基础上实现了转子位置和转速辨识。依托本论文的研究成果,电励磁同步电机双三电平矢量控制系统已经在开滦集团、永煤集团、平煤集团等多个矿井得到广泛应用,取得了良好的社会和经济效益。该论文有图118幅,表11个,参考文献202篇。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-11
目录  11-15
图清单  15-23
表清单  23-24
变量注释表  24-28
1 前言  28-41
  1.1 课题研究背景和意义  28-30
  1.2 大功率功率变换器研究现状  30-34
  1.3 PWM整流器研究现状  34-36
  1.4 电励磁同步电机调速系统研究现状  36-39
  1.5 课题的主要研究内容  39-41
2 双三电平功率变换器研究  41-52
  2.1 引言  41-42
  2.2 基于参考电压矢量平移的简化三电平SVPWM调制算法  42-45
  2.3 三电平功率变换器四象限运行中点电位控制统一算法  45-47
  2.4 控制器设计  47-48
  2.5 实验分析  48-50
  2.6 小结  50-52
3 三电平PWM整流器控制策略研究  52-83
  3.1 引言  52
  3.2 三电平PWM整流器拓扑结构及数学模型  52-56
  3.3 三电平PWM整流器虚拟定子磁链定向控制  56-76
  3.4 实验分析  76-82
  3.5 小结  82-83
4 电励磁同步电机气隙磁链定向矢量控制系统研究  83-121
  4.1 引言  83
  4.2 电励磁同步电机数学模型  83-87
  4.3 电励磁同步电机气隙磁链定向矢量控制  87-89
  4.4 电励磁同步电机气隙磁链观测模型  89-105
  4.5 电励磁同步电机气隙磁链控制技术  105-112
  4.6 实验分析  112-120
  4.7 小结  120-121
5 电励磁同步电机无速度传感器矢量控制系统研究  121-134
  5.1 引言  121
  5.2 电励磁同步电机无速度传感器控制简述  121-125
  5.3 基于有效磁链电励磁同步电机无速度传感器矢量控制  125-128
  5.4 实验分析  128-133
  5.5 小结  133-134
6 工业应用  134-142
  6.1 系统概述  134-136
  6.2 系统现场运行状况  136-141
  6.3 小结  141-142
7 结论及展望  142-143
参考文献  143-156
附录  156-161
作者简历  161-164
学位论文数据集  164

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机 > 同步电机
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