本文選題：無刷雙饋電機 + 空間矢量調制��； 參考：《東北大學》2014年博士論文

【摘要】：無刷雙饋電機(簡稱為BDFM)是一種新型交流感應電機。它具有兩套定子繞組和一套功率繞組,這種電機在結構上取消了電刷和滑環(huán),具有結構簡單、堅固耐用、功率因數(shù)可調和變頻器容量小等優(yōu)點。由于無刷雙饋電機可以運行于同步,異步和雙饋等多種狀態(tài),因此其在交流調速調速系統(tǒng)和變速恒頻發(fā)電等領域中有著廣闊的應用前景。三電平逆變器具有耐壓程度更高、輸出電壓波形質量高等優(yōu)點,適用于高壓大容量交流調速系統(tǒng)。因此具有較高實用價值和研究意義。本文以無刷雙饋電機為研究對象,對其三電平三電平控制方法進行了理論分析,并進行了仿真和實驗驗證。本文主要內容如下：從繞線式無刷雙饋電機的的氣隙磁場原理出發(fā),系統(tǒng)地分析了其運行原理。介紹了定子繞組和轉子繞組的基本結構。詳細分析了無刷雙饋電機的各種運行狀態(tài),同時對無刷雙饋電機在各種不同運行狀態(tài)下的功率流向進行了深入的分析。推導并建立了無刷雙饋電機在靜止abc坐標系下的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型,并將穩(wěn)態(tài)數(shù)學經過坐標變換,建立了無刷雙饋電機在任意d-q坐標系下的動態(tài)數(shù)學模型,在仿真軟件平臺下搭建了電機數(shù)學模型,并分別對其單饋運行狀態(tài)和雙饋運行狀態(tài)的動態(tài)性能仿真和分析。詳細分析了二極管嵌位式三電平主電路拓撲結構及其工作原理,著重介紹了空間矢量脈寬調制方法的調制方法。針對三電平空間矢量算法的中點平衡、電壓輸出變化率和電壓跳變等問題,提出了一改進式空間電壓矢量合成方法,簡化了參考電壓矢量的扇區(qū)判斷和作用時間計算過程中大量的三角函數(shù)計算,通過仿真結果驗證了其理論分析的正確性和方法的有效性。詳細分析了無刷雙饋電機的標量控制和轉子磁場定向矢量控制算法等閉環(huán)控制算法的結構和原理。重點研究了無刷雙饋電機的三電平直接轉矩控制算法,分別對磁鏈觀測,轉矩觀測,磁鏈調節(jié)和轉矩調節(jié)等單元進行了分析。設計了了一種基于模型參考自適應方法的的磁鏈觀測模型。針對三電平直接轉矩控制算法中磁鏈和轉矩脈動、電壓跳變和輸出電壓變化率高和中點電壓偏移等問題。對電壓矢量空間進行了優(yōu)化。在傳統(tǒng)固定合成矢量方法上進行了改進。提出了一種改進式固定矢量合成法,將合成矢量進一步細分,減小了電壓跳變和磁鏈、轉矩脈動,通過計算機仿真表明所提出算法的實用性和有效性,具有較高的應用價值。針對三電平直接轉矩控制系統(tǒng)中電壓矢量方案復雜、轉矩脈動和磁鏈脈動大等問題,提出了一種無刷雙饋電機三電平模糊控制算法。通過模糊控制算法來對轉矩、磁鏈和中點電位的誤差進行調節(jié)。在仿真平臺上對所提出的算法進行仿真,仿真結果表明所提出算法轉矩響應快,同時有效的降低了磁鏈和轉矩脈動。以DSPTMS320F2812為控制核心建立了無刷雙饋電機的三電平實驗平臺。介紹了實驗平臺各硬件模塊的設計方法,在此平臺上進行了無刷雙饋電機三電平控制算法實驗研究,給出了主要的實驗結果。實驗結果驗證了本文所提出算法的正確性。
[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.

【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM346

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本文編號：1760386