电磁式双凸极起动/发电机控制系统的设计与实现

论文摘要

电磁式双凸极电机(DSEM)具有开关磁阻电机结构简单、可靠性高等优点,同时励磁绕组的增加使得励磁磁场可控,发电调压控制简单,能够实现故障灭磁。上述优点使DSEM易于实现起动/发电双功能,不失为新型起动/发电机的又一选择,由其构成的无刷直流发电机系统非常适合于航空电源、风力发电等领域。因此,开展电磁式双凸极起动/发电机(DSES/G)系统研究具有重要理论意义与实用价值。本文首先介绍了DSEM的结构、磁路特性和数学模型,分析了DSES/G系统一体化工作原理,总结了DSES/G系统的特点。其次,本文建立了DSES/G系统一体化仿真模型,仿真分析了起动、起动/发电切换、发电运行过程中各个环节的工作特性。结合变换器的工作情况,重点分析了DSEM起动/发电切换瞬态过程的三个运行状态:能量回馈状态、电容放电状态和发电建压状态。分析了电磁式双凸极起动机(DSES)中性点电压在正常状态和单管开路故障状态下的变化规律,提出利用电机中性点电压诊断DSES三相桥式变换器单管开路故障的方法。通过模拟开路故障实验验证了该方法的正确性与快速性。分析了正常状态和故障状态下的电磁式双凸极发电机(DSEG)中性点电压,采用小波包分析的方法对电机中性点电压进行整流电路开路故障诊断,实验结果表明该方法具有较高的故障诊断正确率。DSES/G系统的实现是整个课题研究的重要环节,本文搭建了基于数字信号处理器DSP和可编程逻辑器件CPLD的硬件平台,为系统各种特性的理论、仿真分析提供实验验证;利用虚拟仪器LabVIEW设计的起动/发电机系统演示界面具有较好的人机互动性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无刷起动/发电系统的发展历程与研究现状
• 1.2 课题研究背景与意义
• 1.3 课题研究目的与内容
• 第二章 电磁式双凸极电机的结构与工作原理
• 2.1 电磁式双凸极电机的结构
• 2.2 电磁式双凸极电机的磁路特性
• 2.3 电磁式双凸极电机的数学模型
• 2.4 电磁式双凸极电机的工作原理
• 2.4.1 电动运行工作原理及其控制策略
• 2.4.2 起动/发电切换工作原理及其控制策略
• 2.4.3 发电运行工作原理及其控制策略
• 2.5 电磁式双凸极起动/发电机系统的特点
• 2.6 本章小结
• 第三章 电磁式双凸极起动/发电机系统的建模与仿真
• 3.1 电磁式双凸极起动/发电机系统的建模
• 3.1.1 电机本体模块
• 3.1.2 控制模块
• 3.1.3 切换模块
• 3.2 电磁式双凸极起动/发电机系统的仿真分析
• 3.2.1 起动状态的仿真分析
• 3.2.2 起动/发电切换状态的仿真分析
• 3.2.3 发电状态的仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 电磁式双凸极起动/发电机起动工作时的中性点电压分析
• 4.1 起动工作正常状态时的中性点电压分析
• 4.2 三相桥式变换器单管开路故障状态时的中性点电压分析
• 4.2.1 三相桥式变换器的单管故障种类
• 4.2.2 单相开路故障状态时的中性点电压分析
• 4.3 三相桥式变换器的开路故障诊断
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 电磁式双凸极起动/发电机发电工作时的中性点电压分析
• 5.1 发电工作正常状态时的中性点电压分析
• 5.2 整流电路故障状态时的中性点电压分析
• 5.2.1 整流电路的故障种类
• 5.2.2 整流电路开路故障状态时的中性点电压分析
• 5.3 小波分析的基本理论
• 5.3.1 小波分析的定义与性质
• 5.3.2 多分辨率分析
• 5.3.3 小波包分析
• 5.4 基于小波包分析的离线故障诊断方法
• 5.5 实验结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 电磁式双凸极起动/发电机系统的实现与实验
• 6.1 电磁式双凸极起动/发电机系统的硬件设计
• 6.1.1 功率变换器与隔离驱动电路设计
• 6.1.2 主控单元
• 6.1.3 数模转换外设
• 6.1.4 模拟电流环斩波电路
• 6.1.5 信号采样与调理电路
• 6.1.6 起动/发电切换电路
• 6.2 电磁式双凸极起动/发电机系统软件设计
• 6.2.1 DSP 软件设计
• 6.2.2 CPLD 软件设计
• 6.3 电磁式双凸极起动/发电机系统运行演示界面设计
• 6.3.1 数据采集与测量模块设计
• 6.3.2 数据显示模块设计
• 6.3.4 起动/发电系统状态模块设计
• 6.4 起动/发电系统实验
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果以发表的学术论文
• 附录