基于高频旋转变换器数字无刷励磁的研究

论文摘要

大规模集成电路、数字控制技术和计算机技术的迅速发展和成熟,使得以微机处理器为主要特征的数字电子技术逐步应用到现代励磁控制系统中,形成数字式自动励磁控制器,取代了传统的模拟式励磁控制器。这种数字式励磁控制器通过软件实现励磁系统的各功能,一方面减小了装置的体积,另一方面简化了连接电路,提高了硬件的可靠性,使维护工作量大大减小。本文介绍了一种新型同步电机数字无刷励磁方案,即基于高频旋转变换器的数字无刷励磁方案,该方案基于旋转式感应电能传输技术,利用分离耦合的高频旋转变压器进行能量传输,它的原边静止、副边集成在同步电机的转子上,随转子的旋转而转动,实现了电源和负载单元之间不需要物理连接就能进行电能的传递,为同步电机提供稳定且方便可调的励磁直流电。比传统的电气滑动接触更为可靠、耐用,且不产生火花,不存在机械磨损和摩擦等问题,具有更广阔的应用前景。本文以飞思卡尔公司的低成本DSP56F8013芯片为核心,成功开发了基于移相全桥旋转变换器的同步电机数字无刷励磁系统的软、硬件平台。文中对整个数字无刷励磁系统的研究主要包括两大部分:一是对移相全桥旋转变换器的研究,是整个无刷励磁系统研究的基础。主要介绍了移相全桥旋转变换器的工作原理、ZVS软开关工作模态分析、占空比丢失和旋转变压器的工作原理与设计特点,二是对整个数字无刷励磁系统的研究。文中分别对这两大部分进行了仿真和实验研究。仿真和实验结果表明,移相全桥旋转变换器完全能够满足同步电机励磁系统的要求,是一种可行的控制方案。把旋转变换器应用于无刷励磁不仅是同步电机无刷励磁技术的新突破,同时也为同步电机无刷励磁技术的研究开辟了新途径。本课题得到了国家自然科学基金(50477013)的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无刷励磁的发展现状
• 1.3 基于高频旋转变换器无刷励磁技术
• 1.3.1 感应电能传输技术
• 1.3.2 旋转变换器数字无刷励磁方案
• 1.3.2.1 旋转变换器数字无刷励磁方案的提出
• 1.3.2.2 旋转变换器数字无刷励磁的原理
• 1.4 本文的研究内容和意义
• 第二章 全数字控制移相全桥高频旋转变换器无刷励磁技术
• 2.1 数字移相全桥无刷励磁系统的基本结构
• 2.2 移相全桥旋转变换器的研究
• 2.2.1 旋转变换器的工作原理
• 2.2.2 移相控制ZVS 旋转变换器的工作模态分析
• 2.2.3 移相全桥旋转变换器中占空比丢失问题
• 2.2.4 旋转变压器的工作原理和设计特点
• 2.3 励磁调节器的组成及工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于旋转变换器数字无刷励磁系统的建模与仿真
• 3.1 移相全桥旋转变换器的仿真分析
• 3.1.1 移相全桥电路的Simulink 建模
• 3.1.2 仿真结果与分析
• 3.2 基于旋转变换器数字无刷励磁系统的仿真分析
• 3.2.1 基于旋转变换器数字无刷励磁系统的Simulink 建模
• 3.2.2 仿真结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于旋转变换器数字无刷励磁系统的硬件设计
• 4.1 系统的总体构架
• 4.2 系统功率侧部分电路设计
• 4.2.1 输入电压模块设计
• 4.2.2 辅助电源模块设计
• 4.2.3 单相桥式逆变电路的设计
• 4.2.4 保护电路设计
• 4.3 系统控制侧部分电路设计
• 4.3.1 采样调理电路的设计
• 4.3.2 核心控制板的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于旋转变换器数字无刷励磁系统的软件设计
• 5.1 数字无刷励磁系统的总体设计
• 5.2 基于飞思卡尔56F8013 系统软件的实现
• 5.2.1 移相角生成策略
• 5.2.2 数字无刷励磁系统的控制算法设计
• 5.2.3 系统的程序流程
• 5.3 本章小结
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 移相全桥旋转变换器的实验研究
• 6.1.1 移相全桥旋转变换器实验平台简介
• 6.1.2 实验结果与分析
• 6.2 基于旋转变换器数字无刷励磁系统的实验研究
• 6.2.1 基于旋转变换器数字无刷励磁系统的实验平台
• 6.2.2 实验结果与分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要研究工作总结
• 7.2 进一步的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间的研究成果及发表的学术论文