异步电机起动/发电系统研究

异步电机起动/发电系统研究

论文摘要

随着电力电子技术及电机控制技术的迅速发展,由电力电子变换器控制的异步电机实现起动/发电双功能已成为可能。采用异步电机起动/发电双功能系统作为飞机、汽车、坦克战车、轮船等运动载体的电源系统正成为当今国际上的一个研究热点。在分析发动机起动转矩特性的基础上,比较了异步电机的几种起动方案。对异步电机起动/发电系统,为兼顾起动和发电双方的要求,提出了系统综合设计技术。深入研究比较了三角形连接与星形连接的电机中直接转矩控制的异同,比较了两种连接方法起动的优缺点。研究了两种有效可行的异步电机起动电流限制方案。深入研究了瞬时转矩控制的异步发电系统的建压过程,分析了建压过程的影响因素。采用瞬时转矩控制策略的异步发电系统中,所发矢量对磁链和转矩控制作用的不均匀导致电流过冲的出现,提出在每个非零电压矢量所发的周期中间平均插入一个短时间的零电压矢量来限制电流过冲,使系统顺利建压运行。提出了瞬时转矩控制策略下异步发电系统的电压泵升控制方案,即借鉴BOOST变换器的工作原理,利用宏观上零电压矢量作用时电机绕组电感积蓄能量,非零电压矢量作用时,原动机输入能量和电机绕组电感积蓄的能量一起向外输出的特点,通过调节零电压矢量和非零电压矢量的作用时间之比,实现直流母线输出电压的泵升。研究了功率开关缓冲电路的原理与设计方法。对中功率异步发电系统进行了全面的性能测试。提出充分利用系统中变换器可快速控制定子磁链转速的特点,改变电磁转矩的方向,实现起动到发电的平滑转换,详细介绍了转换过程控制方案。建立了异步电机起动/发电系统的仿真模型,对起动/发电转换进行了全过程仿真,仿真获得实验验证,实现了异步电机起动/发电双功能。对多年来国内外三相变频驱动系统中逆变器的故障诊断与容错技术进行了总结与比较,指出了各种方式的优缺点,并提出今后的研究方向。对采用直接转矩控制的异步电动系统与采用瞬时转矩控制的异步发电系统的最常见故障进行了故障工况分析,为进一步进行故障诊断打下基础。对采用直接转矩控制技术的异步电动系统,研究了两种有效可行的容错方案。方案一系统成为四开关两相运行系统,方案二系统成为四开关三相运行系统,提出了两种四开关系统直接转矩控制中磁链和转矩的控制方案。对采用瞬时转矩控制的异步发电系统进行了容错研究,系统容错后成为四开关三相异步发电系统,研究了四开关三相异步发电系统瞬时转矩控制策略的实现方法。为提高容错型四开关三相异步发电系统的稳态性能,进行了基于空间矢量调制的瞬时转矩控制研究,提出了包含磁链与转矩变化趋势与大小信息的电压参考矢量生成方法;针对四开关系统无零电压矢量的情况,提出用等时间相反矢量来代替零电压矢量的作用,并给出了两种矢量调制方案。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 集成起动/发电双功能电源系统的原理与意义
  • 1.2 集成起动/发电电源系统中制式和电压等级的演变与发展
  • 1.3 车载集成起动/发电系统简介
  • 1.4 车载集成起动/发电系统的工作要求
  • 1.5 异步电机起动/发电系统研究现状及方向
  • 1.6 本课题的研究背景与意义
  • 1.7 本文的主要研究内容与成果
  • 第二章 异步电机起动/发电系统起动技术研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 柴油发动机的起动过程及起动阻转矩特性
  • 2.3 起动系统容量与起动时间
  • 2.4 几种起动方案
  • 2.5 异步起动/发电系统综合设计技术
  • 2.6 异步电机的起动运行控制
  • 2.7 异步电机的起动限流研究
  • 2.8 异步电机起动系统的实验结果
  • 2.9 本章小结
  • 第三章 异步电机发电技术研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 现代异步发电技术研究现状
  • 3.3 异步发电系统中急待研究解决的问题
  • 3.4 异步发电系统构成与控制
  • 3.5 建压过程研究
  • 3.6 瞬时转矩控制策略下异步发电系统的电压泵升
  • 3.7 缓冲电路的研究与设计
  • 3.8 中功率异步电机发电系统仿真与实验结果
  • 3.9 本章小结
  • 第四章 异步电机起动/发电系统起动到发电的转换
  • 4.1 异步电机起动/发电系统工作原理
  • 4.2 异步电机起动/发电系统的仿真研究
  • 4.3 异步电机起动/发电系统起动到发电转换的实验结果
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 三相变频驱动系统中逆变器的故障诊断与容错技术
  • 5.1 引言
  • 5.2 三相变频驱动系统的常见故障
  • 5.3 逆变器的故障诊断技术
  • 5.4 逆变器的容错技术
  • 5.5 本章结论
  • 第六章 变换器-电机控制系统中变换器的故障工况分析
  • 6.1 引言
  • 6.2 变换器常见故障与工业上常用的保护结构
  • 6.3 直接转矩控制异步电动系统中变换器的故障工况分析
  • 6.4 瞬时转矩控制的异步发电系统中变换器的故障工况分析
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 基于直接转矩控制技术的异步电机驱动系统两种容错方案研究
  • 7.1 引言
  • 7.2 容错拓扑
  • 7.3 四开关系统的直接转矩控制
  • 7.4 两种容错方案特点的分析与比较
  • 7.5 仿真与实验结果
  • 7.6 结论
  • 第八章 采用瞬时转矩控制的异步发电系统的容错技术研究
  • 8.1 引言
  • 8.2 瞬时转矩控制的异步发电系统常见故障模式的检测
  • 8.3 对常见故障模式的容错拓扑
  • 8.4 容错后四开关系统的瞬时转矩控制
  • 8.5 容错系统的几个关键问题研究
  • 8.6 仿真与实验研究
  • 8.7 容错型四开关三相异步发电系统性能提高研究
  • 8.8 本章小结
  • 第九章 异步电机起动/发电系统的软硬件实现
  • 9.1 系统硬件组成
  • 9.2 系统的软件设计
  • 9.3 控制方案实施
  • 第十章 全文的总结与展望
  • 10.1 本文的主要工作与贡献
  • 10.2 进一步的工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表的学术论文
  • 附录
  • 相关论文文献

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