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三级式同步电机的起动控制策略研究

作　者: 杨溢炜
导　师: 周波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 变频交流电源系统三级式同步电机起动发电开路型励磁绕组交、直流励磁死区补偿控制策略双逆变器矢量控制
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

变频交流电源系统以其结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、运行维护成本低以及容易实现起动发电双功能等突出优点，成为当今飞机电源系统的重要发展方向之一。三级式同步电机作为航空电源系统中最常用的无刷交流发电机，仍然应用于变频电源系统中，可以实现起动发电双功能。三级式同步电机构成的起动发电系统，首先必须解决起动过程中主励磁机的励磁问题，而且需要针对主发电机选择合适的起动控制策略。基于上述情况，本文重点对三级式同步电机起动工作时的励磁控制技术及系统起动控制技术展开研究。本文首先提出了一种具有开路型励磁绕组的三级式同步电机结构，然后建立了主发电机和主励磁机的数学模型，并简要阐述了三级式同步电机的励磁工作原理，在此基础上介绍了起动工作原理；此外，对主励磁机的励磁特性进行了理论分析，根据交、直流励磁特性，给出了交流励磁频率及交、直流励磁切换点的选取原则。针对本文提出的双逆变器共直流母线的励磁结构，基于矢量控制的思想，研究了双逆变器的新型交、直流励磁控制实现方法；为了获得良好的励磁效果，分析了双逆变器的死区效应，提出其死区补偿控制策略；为了方便算法实现，还简化了基于SVPWM调制的励磁控制过程。为了验证本文所述控制方法，本文采用MATLAB软件构建了基于新型交直流励磁的三级式同步电机起动控制系统的仿真模型，对起动过程中的励磁特性及起动运行过程进行了仿真分析；然后构建了以TMS320F28335为核心的全数字励磁和起动控制器，介绍了其软硬件设计流程，最后对励磁及起动控制过程进行了实验验证。仿真和实验结果表明，本文所述控制策略是正确可行的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-15
第一章绪论  15-21
  1.1 变频交流起动发电系统的发展  15-17
    1.1.1 飞机电源系统的发展趋势  15-16
    1.1.2 变频交流起动发电系统的研究现状  16-17
  1.2 三级式同步电机起动控制技术的研究现状  17-20
    1.2.1 励磁控制技术的研究现状  17-19
    1.2.2 起动控制技术的研究现状  19-20
  1.3 课题主要研究内容  20-21
第二章三级式同步电机起动控制系统的工作原理  21-36
  2.1 引言  21
  2.2 三级式同步电机的新型结构  21-22
  2.3 三级式同步电机的数学模型  22-25
    2.3.1 主发电机的数学模型  22-23
    2.3.2 主励磁机的数学模型  23-25
  2.4 三级式同步电机的起动原理  25-27
    2.4.1 励磁工作原理  25-26
    2.4.2 起动工作原理  26-27
  2.5 三级式同步电机的励磁特性分析  27-35
    2.5.1 三相交流励磁特性分析  27-32
    2.5.2 直流励磁特性分析  32-34
    2.5.3 交流励磁频率及交直流励磁切换点的选取  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章三级式同步电机起动过程的新型励磁控制方法  36-56
  3.1 引言  36
  3.2 三级式同步电机的新型励磁控制方法  36-46
    3.2.1 双逆变器的三相交流励磁控制  36-42
    3.2.2 双逆变器的直流励磁控制  42-45
    3.2.3 交、直流励磁切换控制  45-46
  3.3 双逆变器的死区效应分析及补偿控制策略研究  46-51
    3.3.1 双逆变器的死区效应分析  46-49
    3.3.2 双逆变器的死区补偿控制策略研究  49-51
  3.4 基于 SVPWM 调制的双逆变器励磁控制算法的实现  51-55
  3.5 本章小结  55-56
第四章三级式同步电机起动控制系统的 MATLAB 建模与仿真  56-67
  4.1 引言  56
  4.2 三级式同步电机起动控制系统的 MATLAB 建模  56-62
    4.2.1 三级式同步电机本体模型  57-59
    4.2.2 功率变换电路模型  59-60
    4.2.3 励磁控制器模型  60-61
    4.2.4 起动控制器模型  61-62
  4.3 新型交直流励磁控制的仿真研究  62-64
  4.4 起动控制系统的仿真分析  64-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章三级式同步电机起动控制系统的软硬件实现  67-82
  5.1 引言  67
  5.2 系统硬件设计  67-76
    5.2.1 起动功率电路设计  68-70
    5.2.2 励磁功率电路设计  70
    5.2.3 数字控制电路设计  70-73
    5.2.4 检测电路设计  73-76
    5.2.5 辅助电源电路设计  76
  5.3 系统软件设计  76-81
    5.3.1 起动与励磁控制 DSP 软件设计  77-79
    5.3.2 起动与励磁控制 CPLD 软件设计  79-81
  5.4 本章小结  81-82
第六章三级式同步电机起动控制系统的实验研究  82-86
  6.1 引言  82
  6.2 系统实验参数  82
  6.3 励磁过程实验结果与分析  82-85
  6.4 起动过程实验结果与分析  85
  6.5 本章小结  85-86
第七章总结  86-87
参考文献  87-91
致谢  91-92
在学期间的研究成果及发表的学术论文  92-93
附录  93-94

三级式同步电机的起动控制策略研究

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