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原文传递船舶电力推进双三相永磁同步电机驱动控制研究

论文题名：	船舶电力推进双三相永磁同步电机驱动控制研究
关键词：	电力推进;双三相永磁同步电机;直接转矩控制;空间矢量调制;矩阵变换器
摘要：	船舶电力推进是一种先进的推进方式，近二十多年来，达到了空前的繁荣。现代船舶电力推进的核心是综合电力推进技术，而推进电机的控制又是其关键的技术之一，推进电机运行特性和驱动性能直接关系到船舶电力推进系统的成败。由于永磁同步电机的优越性能，其在船舶电力推进系统中应用越来越广。在众多永磁电机系列中，多相永磁同步电机作为推进电机被越来越多的采用；尽管如此，在控制上还有很多问题需要解决。本文主要以船舶电力推进双三相永磁推进电机(兼顾三相永磁同步电机)为研究对象，对双三相永磁同步电机DTC控制理论进行了系统研究。在合成磁链和独立磁链两种情况下，对双三相永磁同步电机DTC控制方法进行了研究。提出基于空间电压矢量和滞环控制器的DTC控制算法和矩阵变换器供电的永磁同步电机DTC控制算法。永磁同步电机DTC控制，需要对定子磁链进行估计，估计的准确性直接关系到控制成败。而定子电阻变化、定子电压电流测量引起的直流漂移，均对磁链准确估计产生很大的影响。转子磁链初始位置及极性判别，也是磁链估计必须解决的问题。针对这些问题，分别提出了相应的解决办法。本文主要工作和创新性成果包括： ◆对双三相永磁同步电机DTC控制理论分两种情况进行了研究。第一，把两个三相绕组产生的磁链矢量合成，作为一个整体进行研究，得到在MT坐标系下的转矩和转矩角的关系；第二，在适当控制方式下，可以使得双三相绕组产生磁链与d轴夹角(即转矩角)相等，根据该假定，则分别以它们各自产生的磁链为研究对象，在MT坐标系下得到它们转矩与转矩角之间的关系。通过仿真实验，表明双三相永磁电机模型和DTC控制理论正确，具有重要理论意义和应用价值。 ◆对基于空间电压矢量的双三相永磁同步电机DTC控制，提出了合成磁链控制法和独立磁链控制法。两台逆变器输出空间电压矢量形成具有共同中心点四个正十二边形，是合成磁链和独立磁链算法基础。合成磁链控制法是属于间接控制，没有对每个磁链直接控制。与三相永磁同步电机相比，在额定磁链时，有更大地调速范围和更快地响应速度，但磁链具有直流漂移倾向。对于独立磁链控制方法，提出三种算法。两台逆变器交替运行控制法：两台逆变器开通或关断都是根据各自空间电压正六边形来控制的。在任意时刻，多数情况下，一个逆变器被连接到运动矢量上，而另一个被连接到零矢量上，因此由该逆变器产生的转矩保持不变。额定磁链下，电机不可能运行在很高的转速，能得到最大转速只有额定转速一半。两台逆变器同时运行控制法：两个逆变器同时连接到运动矢量上，两磁链同时旋转，并使合成磁链的幅值在参考值附近保持恒定，电机可达到额定速度，但转矩脉动比算法一要高。转矩脉动可控法：采用转矩脉动控制器，在大多数情况下，独立磁通分量之间夹角被控制，两磁链矢量可独立移动。无论是瞬时针或逆时针方向，都可选择运动矢量来增加转矩。但在低速时，该算法不能工作。若把上述三种方法结合来使用，则能获得最佳控制效果。通过对在常规负载和螺旋桨性负载实验和仿真，验证了该方法的可行性。对矩阵变换器在船舶电力推进中应用进行了探索性研究。在矩阵变换器供电下，提出了基于磁链参考矢量、双空间矢量和双周期调制策略，双周期调制法，把一个周期平均分为两个相等周期，在两个周期内，四个运动矢量均使用。在输入和输出侧，可以获得更好地谐波性能。同时实现了矩阵变换器空间矢量调制和永磁同步电机DTC控制。在电机加减速、突加负载及四象限运行条件下，表现出快速、稳定等良好的动态性能，仿真实验验证了组合控制策略的有效性和可行性。在永磁同步电机DTC控制中，定子磁链估计准确性关系到系统控制的成败。针对定子电压、电流检测过程中直流漂移，设计了基于低通滤波器串联补偿的磁链估计器，较好地解决了因直流漂移而引起的磁链估计偏差问题。温度变化易引起定子电阻的改变，而电阻值变化又会引起电流变化。设计出定子电阻PI估计器，消除了因电阻值变化，对磁链估计的影响。采用定子注入高频电压信号的方法来实现估计转子初始位置。实验和仿真表明，这些设计和算法有效可行。
作者：	郭燚
专业：	电力电子与电力传动
导师：	郑华耀
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海海事大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文