论文部分内容阅读
无刷双馈电机作为一种新型交流感应电机,取消了电刷和滑环结构,具有可靠性高、易维护、寿命长等优点,且其既可以作为发电机应用于变速恒频恒压发电领域又可作为电动机用于交流调速传动系统。因此,当其作为船舶轴带电机时,可以工作于PTO和PTI模式。目前其得不到广泛应用的主要原因除了自身结构设计还不是特别成熟外,还有各种先进控制策略的实用性问题。因此,研究无刷双馈电机的控制侧策略可以为其广泛应用提供理论基础,对船舶行业具有重要意义。所以,以无刷双馈电机为研究对象,分别针对PTO和PTI工作模式提出综合控制策略和基于SVPWM的直接转矩控制策略,在Simulink中建立仿真模型,进行不同工况下的仿真实验,验证所提控制策略的控制效果。首先介绍了无刷双馈电机的原型及发展,分析了定转子结构,在此基础上研究其运行机理,重点研究了发电状态和电动状态下不同转速时的功率平衡和流程关系。建立三相静止坐标系下无刷双馈电机的动态数学模型,并以此为基础,利用坐标变换得到两相旋转dq坐标系以及转子速坐标系下的数学模型。研究了双PWM变频器的基本原理,重点研究了PW侧变换器单位功率因数控制和能量双向流动原理,然后推导出PW侧变换器在三相静止坐标系下的数学模型。然后,根据PTO模式下船舶轴带无刷双馈独立发电系统的要求及特点,针对功率绕组磁场定向控制只适用于并网情况、独立发电系统中控制精度受电机变速变载影响较大的不足,提出更适合独立发电系统的综合控制策略:针对CW侧变换器,研究并设计CW电流矢量解耦控制环、具有前馈补偿的PW电压幅值控制环及PW电压频率控制环,最后给出CW侧变换器完整的控制策略;针对PW侧变换器,研究并设计基于PW电压定向的电流内环控制器及电压外环控制器,最后给出完整的PW侧变换器控制策略。通过在不同工况下的仿真实验证明综合控制策略的正确性与有效性。最后,针对PTI工作模式,在阐述传统直接转矩控制原理的基础上,针对存在的电磁转矩脉动、逆变器开关频率不固定的缺陷,将SVPWM技术与直接转矩控制技术相结合,建立优化转矩调节的基于SVPWM的无刷双馈电机直接转矩控制系统。仿真实验结果表明,基于SVPWM的无刷双馈电机直接转矩控制可以有效减小转矩和磁链的脉动现象。