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基于多相异步电动机的船舶电力推进系统研究
| 论文题名： | 基于多相异步电动机的船舶电力推进系统研究 |
| 关键词： | 船舶电力推进系统;多相异步电动机;五相五电平变频器;螺旋桨;电压电流解耦控制;仿真分析 |
| 摘要： | 电力推进作为新一代船舶动力推进方式正被广泛的应用和拓展研究。伴随全球能源、政治、经济的日益深入合作，电力推进船舶在货运、科考、工程和安防等海上作业领域展现出突出的优势与特点，如操作灵活性高、系统响应快、动力充足、节能排放少等。本文选取多相异步推进电机，完成包括前级五相五电平变频器和后级双螺旋桨的系统建模、仿真和控制算法研究与优化，以及供电侧硬件试验和算法验证。 对传统五相两电平变频器进行建模并完成含滤波的电压电流解耦控制算法研究与仿真。在此基础上根据研究应用背景对变频器拓扑结构优化，搭建五相五电平H桥型变频器并引入SVPWM调制策略，为推进电机提供更优质电能。 采用五相异步电动机取代传统三相电机作为电力推进船舶的推进电机，完成其在自然坐标系和旋转坐标系下的模型搭建与机理分析。对推进电机后级螺旋桨推进器进行特性分析，对参数选取并进行Chebyshev曲线拟合，完成单螺旋桨机桨模型典型工况仿真与特性分析。由于目前对双桨推进模型特性研究和仿真研究较少，本文对双螺旋桨推进模型进行重新建模，根据流体动力学详细分析了航行中双桨间、桨船间的相互影响，对伴流系数、进速比等参数进行修正计算，完成双桨船舶机桨仿真研究与对比分析。 根据矢量控制思想完成五相异步电动机在旋转正交坐标系下的方程构建与控制原理分析，完成双闭环控制器设计，利用MATLAB对系统稳态和负载突变的动态工况进行仿真。随后应用预测控制思想，将基于无差拍算法的模型预测控制应用到五相异步电动机的控制中，在此基础上设计基于状态增量的滚动优化算法。根据电机工作机理完成基于电流控制变量的预测模型搭建，在拓展时域上计算出优化后控制量的非限制最优解，完成系统仿真并与矢量控制结果对比分析。 在实验室环境下完成五相变频器硬件试验设计和五相交流输出试验。包括对采样电路、驱动电路和滤波电路的设计与器件选型，完成各环节参数计算并采用STM32控制器编写控制程序，实现五相电流电输出功能与算法验证。 |
| 作者： | 李英帅 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 孟繁荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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