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转子磁分路混合励磁同步发电机数字调压技术研究

作　者: 杨春源
导　师: 杨善水
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 混合励磁同步电机 变频交流电源 三维有限元分析 建模 数字控制 电压调节
分类号: TM31
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 84次
引　用: 1次
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内容摘要


混合励磁同步电机是在永磁同步电机基础上发展而成的一类新型电机,力求综合永磁电机高效高功率密度和电励磁同步电机气隙磁场可调的优点,在航空电源、新能源发电等领域引起国内外学者的广泛关注。变频交流电源是现代先进飞机交流主电源系统的发展方向,转子磁分路混合励磁同步电机具有宽广的电压调节范围,在变频交流电源系统中有重要的应用价值。研究混合励磁同步电机输出特性并设计其电压调节器是构建混合励磁同步电机变频交流发电系统的关键和前提。本文探索研究转子磁分路混合励磁同步电机的发电特性、建模方法和数字调压技术,为混合励磁同步电机应用于航空交流电源系统奠定技术基础。首先阐述转子磁分路混合励磁同步电机的结构原理,并通过三维有限元分析研究其气隙磁场调节性能。建立了电机三维瞬态场路耦合分析模型,完成空载特性和外特性的仿真分析,并进行了实验验证。根据电机电压方程,建立出转子磁分路混合励磁同步电机的MATLAB数学模型。针对变频交流电源系统宽转速工作范围特性需求,研究发电机三相交流电压有效值计算方法和电压调节多环控制理论。在电机本体模型基础上进一步构建了电压调节系统闭环仿真模型,完成发电系统稳态和动态性能分析,采用输出电压、励磁电流和负载电流三环控制方法,实现稳压输出。构建了基于dSPACE控制的无刷直流电机驱动系统,并研制出以TMS320F2812型DSP芯片为控制核心的混合励磁同步电机数字电压调节器。实验结果表明:转子磁分路混合励磁同步电机数字调压系统具有良好的稳态性能和动态性能,能够满足飞机变频交流电源系统的基本要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章 绪论  14-19
  1.1 混合励磁电机的特点  14
  1.2 混合励磁电机的研究现状  14-16
  1.3 飞机交流电源系统的发展  16-17
  1.4 混合励磁电机在航空电源系统中的应用  17-18
  1.5 课题研究目的和研究内容  18-19
第二章 转子磁分路HESM的有限元分析和MATLAB 建模  19-35
  2.1 转子磁分路HESM的结构特点  19-20
    2.1.1 转子磁分路HESM的基本结构  19-20
    2.1.2 转子磁分路HESM的特点  20
  2.2 转子磁分路HESM的磁场分布特点  20-23
    2.2.1 径向磁路与轴向磁路  20-21
    2.2.2 主气隙磁场调节原理  21-22
    2.2.3 直轴和交轴电枢反应磁通分布  22-23
  2.3 转子磁分路HESM的有限元分析  23-27
    2.3.1 转子磁分路HESM的有限元模型建立  23-24
    2.3.2 气隙调节特性分析  24-26
    2.3.3 外特性分析  26-27
  2.4 转子磁分路HESM的MATLAB 建模  27-34
    2.4.1 电枢反应计算方法  27-29
    2.4.2 基于有限元分析结果的同步电抗计算  29-32
    2.4.3 基于MATLAB 的电机建模  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 混合励磁变频交流发电系统调压策略研究  35-64
  3.1 飞机变频交流发电系统  35-38
    3.1.1 飞机变频交流发电系统的特点  35-36
    3.1.2 基于三级式电机的变频交流发电系统  36-37
    3.1.3 基于HESM的变频交流发电系统  37-38
  3.2 数字式调压器控制算法  38-44
    3.2.1 发电机调压控制的基本原理  38-40
    3.2.2 数字式调压控制算法  40-42
    3.2.3 三环调压控制算法  42-44
  3.3 变频系统电压有效值检测方法  44-48
    3.3.1 电压有效值检测方法概述  44-45
    3.3.2 应用于变频系统的电压有效值检测方法  45-48
  3.4 混合励磁同步电机变频交流发电系统仿真分析  48-63
    3.4.1 混合励磁同步电机变频发电调节能力仿真分析  48-49
    3.4.2 基于电压环和励磁电流环的调压系统仿真分析  49-56
    3.4.3 基于三环控制的调压系统仿真分析  56-59
    3.4.4 自励混合励磁同步电机变频交流发电系统仿真分析  59-63
  3.5 本章小结  63-64
第四章 混合励磁同步电机数字调压器设计  64-76
  4.1 混合励磁同步电机数字调压系统试验平台的构建  64-68
    4.1.1 数字调压系统试验平台结构  64-65
    4.1.2 基于dSPACE 的无刷直流电机驱动系统设计  65-68
  4.2 数字调压器硬件设计  68-71
    4.2.1 调压器总体结构设计  68
    4.2.2 外围接口电路设计  68-71
    4.2.3 功率电路设计  71
  4.3 数字调压器软件设计  71-75
    4.3.1 系统软件结构  72
    4.3.2 调压算法软件实现  72-73
    4.3.3 驱动信号形成  73-75
  4.4 本章小结  75-76
第五章 调压实验结果与分析  76-88
  5.1 转子磁分路HESM他励发电实验  76-84
    5.1.1 起动调压实验  76-77
    5.1.2 稳态调压实验  77-79
    5.1.3 加卸负载动态实验  79-84
  5.2 转子磁分路HESM自励发电实验  84-87
    5.2.1 起动调压实验  85
    5.2.2 稳态调压实验  85-86
    5.2.3 加卸负载动态实验  86-87
  5.3 本章小结  87-88
第六章 总结与展望  88-90
  6.1 本文工作总结  88
  6.2 后续研究展望  88-90
参考文献  90-94
致谢  94-95
在学期间的研究成果及发表的学术论文  95-96
附录  96

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 发电机、大型发电机组（总论）
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