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多相永磁同步电机驱动技术研究

作　者: 薛山
导　师: 温旭辉
学　校: 中国科学院研究生院（电工研究所）
专　业: 电机与电器
关键词: 多相电机磁势谐波推广派克变换数学模型五相永磁同步电机电流谐波矢量控制 SVPWM 容错控制
分类号: TM341
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

目前,三相电机驱动系统在电气驱动应用场合得到了广泛的应用,然而随着现代电力电子技术、计算机技术和控制理论的发展,由逆变器供电的电机驱动系统的相数不再受到供电相数的限制。特别在大功率、高可靠性和低直流电压供电应用场合,多相电机驱动系统比三相电机驱动系统更具优势,因此多相电机驱动系统特别适合于应用在舰船全电力推进、电动车辆、航空航天和军事等场合。其相关技术的研究为电气驱动技术的研究开辟了新的领域,多相电机驱动系统得到各国科研人员越来越多的关注和重视。本文研究从任意相数多相电机出发,重点研究了五相永磁同步电机驱动系统,全文主要内容如下:引入绕组函数理论定量分析了任意相数对称绕组的磁势时空谐波分布,说明了低次时空谐波在多相电机中的重要作用;首次从对称分量法推导出推广派克变换,并建立了n-m相感应电机数学模型,指出多相电机控制是一个多维控制问题。这些基础理论知识为分析多相电机奠定了理论基础。建立了五相永磁同步电机派克方程,在此基础上研究了五相永磁同步电机中d-q子空间与广义零序子空间的耦合问题。并根据不同结构形式五相永磁同步电机的特点,详细讨论了不同情况下的多维矢量控制和解耦控制问题。通过对多相电机数学模型和传统SVPWM方法的分析,指出传统SVPWM方法在多相电机控制中的不足。在此基础上提出了正交矢量空间多维SVPWM方法,它同时在各个子空间中合成给定电压矢量,解决了传统SVPWM方法中定子电流谐波不可控的问题,满足了多相电机多维矢量控制的需要。首次从电机结构对称的观点出发推导出五相永磁同步电机缺相运行情况下的数学模型,提出了多相电机无扰运行的条件和定子电流的优化方法。对多相电机容错控制策略进行了研究,并将基于有效作用时间载波型PWM方法推广应用到缺相运行多相电机驱动系统的容错控制中。研制了五相电机全数字控制器,搭建了电机试验平台,在一台5kW五相永磁同步电机上进行了试验。实现了五相电机的全数字矢量控制,并在此基础上对传统SVPWM方法和本文提出的正交矢量空间多维SVPWM方法进行了试验对比,验证了本文理论分析的正确性和方法的有效性。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-11
第一章绪论  11-27
  1.1 引言  11
  1.2 课题背景与选题意义  11-13
  1.3 多相电机及其驱动系统相关研究综述  13-24
    1.3.1 国内研发状况  13-14
    1.3.2 国外研发状况  14-24
  1.4 课题基础与论文主要研究工作  24-27
    1.4.1 存在的问题与实验室研究基础  24-25
    1.4.2 主要研究工作与创新点  25-27
第二章多相绕组磁势谐波分析与多相电机建模  27-48
  2.1 引言  27
  2.2 多相绕组磁势谐波分析  27-34
    2.2.1 n 相绕组的相数定义  27-28
    2.2.2 多相绕组磁势谐波分析  28-34
  2.3 绕组正弦分布多相电机建模  34-47
    2.3.1 自然坐标系下电机模型  35-38
    2.3.2 对称分量法与对称分量模型  38-43
    2.3.3 推广派克变换与派克方程  43-47
  2.4 本章小节  47-48
第三章五相永磁同步电机建模及其矢量控制研究  48-69
  3.1 引言  48
  3.2 五相永磁同步电机数学模型  48-62
    3.2.1 自然坐标系下的数学模型  49-53
    3.2.2 定子绕组正弦分布五相永磁同步电机派克方程  53-56
    3.2.3 定子绕组非正弦分布五相永磁同步电机模型  56-61
    3.2.4 两种绕组形式五相永磁同步电机数学模型比较  61-62
  3.3 五相永磁同步电机矢量控制  62-65
  3.4 MATLAB/SIMLINK 建模与仿真分析  65-67
  3.4 小节  67-69
第四章正交矢量空间多维多相SVPWM 策略研究  69-92
  4.1 引言  69-70
  4.2 正交矢量空间多维SVPWM 方法研究  70-85
    4.2.1 传统SVPWM 方法[82]  71-73
    4.2.2 正交矢量空间多维多相SVPWM 策略  73-85
  4.3 仿真验证  85-91
    4.3.1 仿真结果与分析  86-91
  4.4 小节  91-92
第五章五相永磁同步电机缺相无扰运行与容错控制研究  92-110
  5.1 引言  92
  5.2 缺相运行时电机无扰运行条件分析  92-96
  5.3 缺相运行时五相永磁同步电机建模  96-103
  5.4 缺相运行时容错控制方法及PWM 技术研究  103-108
    5.4.1 基于SVPWM 的电机缺相运行容错控制分析  103-106
    5.4.2 基于有效作用时间载波型PWM 容错控制  106-108
  5.5 仿真分析  108
  5.6 小节  108-110
第六章系统实现与试验研究  110-129
  6.1 引言  110
  6.2 五相永磁同步电机驱动系统试验平台结构与控制器硬件设计  110-113
    6.2.1 试验平台结构  110-111
    6.2.2 控制器硬件设计与试验用电机  111-113
  6.3 五相永磁同步电机驱动系统控制软件设计  113-117
  6.4 试验结果与分析  117-128
    6.4.1 电机空载反电势测量  117
    6.4.2 基于传统SVPWM 方法的矢量控制  117-121
    6.4.3 基于正交矢量空间四维SVPWM 方法的矢量控制  121-128
  6.5 小节  128-129
第七章全文总结与将来工作建议  129-131
  7.1 全文总结  129-130
  7.2 几点建议  130-131
附录一  131-132
附录二  132-133
参考文献  133-141
致谢  141-143
个人简历、在学期间研究成果与发表论文  143
  个人简历  143
  在国内外学术期刊和国际会议上发表的论文与科研成果  143

多相永磁同步电机驱动技术研究

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