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基于直流无刷电机的螺旋桨负载模拟系统研究
| 论文题名： | 基于直流无刷电机的螺旋桨负载模拟系统研究 |
| 关键词： | 船舶螺旋桨;负载模拟;设计理念;直流无刷电机 |
| 摘要： | 随着船舶推进技术的发展，电力推进系统将受到越来越广泛的应用。为了降低成本和风险，需要在实验室中建立模拟系统，对推进电机、变流器及其控制器在模拟的实际环境中反复进行电气考核。直流无刷电机以电子换相取代机械换相，既弥补了直流电机的不足，又吸收了交流电机的优点。且其体积小、造价低，选择它作为负载电机设计负载模拟系统具有重要的研究价值。 为此，论文采用直流无刷电机作为负载电机设计了两套螺旋桨负载模拟系统，并对其进行详细的分析与研究。 首先根据螺旋桨本身的负载特性、船舶与螺旋桨之间的相互作用，搭建了船桨数学模型和仿真模型，为构建螺旋桨负载模拟系统奠定基础。 随后对直流无刷电机的结构与原理进行分析，完成了其数学建模并搭建好仿真模型。深入分析了应用于直流无刷电机的直接转矩控制，针对直流无刷电机两相导通的特性采用了省略磁链环的直接转矩控制方案，并说明了省略磁链环的原因。重点针对传统零矢量的控制方式下会出现稳态转矩脉动过大和发电状态下无法控制转矩的缺点，提出了一种新型零矢量。搭建仿真模型，验证新型零矢量在直接转矩控制中的有效性。对PWM逆变器的工作原理进行分析，采用SVPWM的调制方法实现能量回馈的功能，搭建起背靠背双PWM结构的负载模拟系统。 为了能够缩小系统体积，简化控制方法，文章又提出了另一种负载模拟系统—基于矩阵变换器的螺旋桨负载模拟系统的设计方案。分析矩阵变换器的基本原理与结构，对其进行数学建模，重点分析了间接矢量调制方法，将其与直流无刷电机的特点结合，设计了一种基于矩阵变换器的直接转矩控制方法。搭建起基于矩阵变换器的负载模拟系统。 最后结合船桨模型，搭建两套螺旋桨负载模拟系统的仿真模型，仿真结果表明两套系统都能成功地完成螺旋桨负载转矩复现与能量回馈的双重任务，达到螺旋桨负载模拟的要求。验证了两套系统设计的合理性，控制方案的有效性。 |
| 作者： | 曾俊 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 姚绪梁;蔡晓华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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