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异步电机起动发电过程的研究与仿真

作　者: 周通
导　师: 陶彩霞
学　校: 兰州交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 起动发电双功能系统直接转矩控制感应电机仿真
分类号: TM343.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

异步电机起动发电双功能系统正日益成为现代先进机载电气设备的一个重要发展方向。感应电机已在航空电源系统中进行了尝试,如果能在此基础上实现起动发电双功能,将有助于降低研究周期和开发成本。近二十年来继矢量控制技术之后,具有高动态性能调速系统的直接转矩控制(Direct Torque Control)技术发展起来了,它得到了越来越广泛的重视,其原因主要是有其控制简单、鲁棒性强、动态性能好等优点。作为一种新的控制方法,与矢量控制的磁场定向控制相比,它可以在较简单控制算法的情况下,准确而快速的控制感应电动机的转矩和磁链。本文以异步电机为例,对其起动发电过程进行了仿真与研究。在起动发电过程中主要采用了直接转矩控制策略。本文首先综述了异步电机起动发电系统的研究背景,电力电子器件和直流、交流调速控制理论的发展现状,重点介绍了直接转矩控制技术(经调压调频控制、转差频率控制、矢量控制技术发展后)的产生、特点和发展,以及异步电机起动发电的研究意义。接下来对异步电机进行了必要的介绍,对异步电机起动发电的原理进行了详细的理论分析。其次对三相感应电机直接转矩控制的基本原理进行了详细的介绍,建立了感应电机数学模型,以该数学模型为出发点进行细致的分析,得出转矩和磁链,从而达到这样目的：直接控制电机的转矩。为了便于问题的分析,对感应电机的相关物理量诸如三相电压进行了必要的坐标变换。引进了电压空间矢量,详细的介绍了电压空间矢量调节异步电机定子磁链及转速的工作原理。电压空间矢量与磁链有密切的关系,调节定子磁链,使用施密特两点式调节是一种很好的调节方法。对逆变器,主要是电压型逆变器的工作原理进行了详细的阐述,可以看出电压型逆变器的开关状态与八个空间电压矢量有密切的关系。然后详细分析了定子坐标系下的异步电动机数学模型、电压空间矢量和磁链观测器,推导了u-i、i-n以及u-n三种定子磁链观测模型,并对它们的适应范围和特点进行了分析。详细的讲述了关于异步电机起动过程的MATLAB仿真模型,主要有异步电机的仿真模型,其主要包括定子、转子磁链模型,定子、转子电流模型,转矩模型,转速模型；控制器的仿真模型,其包括转速控制模型,转矩控制模型,磁链控制模型,磁链幅值计算与区域判断模型,逆变器开关状态选择模型；逆变器的仿真模型；接着建立了异步电机起动发电的仿真模型,进行了起动发电转换过程的研究；实验结果表明采用上述直接转矩控制策略的感应电机具有良好的动态性能和稳态性能。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 课题的研究背景和意义  10-11
  1.2 交流调速技术的发展  11-12
    1.2.1 电力电子器件的发展  11
    1.2.2 交、直流调速技术的发展  11-12
  1.3 直接转矩控制技术的研究现状  12-14
    1.3.1 直接转矩控制技术的产生  12-13
    1.3.2 直接转矩控制技术的特点  13
    1.3.3 直接转矩控制系统的发展与改进  13-14
  1.4 异步电机起动发电双功能系统的研究意义  14
  1.5 论文的主要研究内容  14-16
2 异步电机起动发电系统  16-19
  2.1 异步电机起动/发电系统的概述  16
  2.2 异步电机的概述  16-17
  2.3 异步电机起动发电的原理分析  17-19
3 异步电机直接转矩控制的原理  19-33
  3.1 异步电机数学模型的建立  20-23
    3.1.1 坐标变换  20-21
    3.1.2 异步电机数学模型  21-23
  3.2 逆变器数学模型的建立及电压空间矢量控制策略  23-25
  3.3 电压空间矢量调节异步电机定子磁链、转速的原理分析  25-27
  3.4 异步电机的磁链模型的建立  27-30
    3.4.1 u-i模型的建立  27
    3.4.2 i-n模型的建立  27-29
    3.4.3 u-n模型的建立  29-30
  3.5 转矩模型的建立  30
  3.6 调节器的设计  30-33
    3.6.1 磁链、转矩调节器  30-31
    3.6.2 转速调节器  31-33
4 异步电机起动发电过程的仿真  33-47
  4.1 坐标变换模型  33-34
  4.2 异步电机仿真模型  34-37
  4.3 直接转矩的控制器模型  37-41
  4.4 逆变器模型  41-42
  4.5 异步电机DTC控制系统仿真模型  42
  4.6 异步电机起动发电过程的DTC控制系统仿真实验结果  42-47
结论  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-51
攻读学位期间的研究成果  51-52
附录A 区域判定部分的程序  52-54
附录B 逆变器开关状态选择部分程序  54-56

异步电机起动发电过程的研究与仿真

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