本文關鍵詞： 五相感應電機 矢量控制 非正弦供電 瞬時功率理論 無速度傳感器　出處：《浙江大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：相比于傳統(tǒng)的三相電機驅動系統(tǒng),多相電機驅動系統(tǒng)因其低壓大功率、高功率密度、高可靠性、多自由度的特性,在大功率場合有著良好的應用前景,如航空起動/發(fā)電系統(tǒng)、船艦多電推進系統(tǒng)、電動汽車驅動系統(tǒng)等。以此為背景,本文立足于五相感應電機驅動系統(tǒng),針對其相關高性能驅動關鍵技術進行了比較深入的研究,文章的主要內(nèi)容如下:首先,利用繞組函數(shù)的分析方法,對多相感應電機的時空磁動勢進行計算,揭示了多相電機運行的本質(zhì),后續(xù)通過空間矢量解耦理論,推導了多相感應電機在同步速下多平面解耦控制的數(shù)學模型,闡述并分析了多相電機多自由度的原理,為后面的研究奠定了良好的理論基礎。其次,為了使得五相感應驅動系統(tǒng)能取得高性能動靜態(tài)響應,構建了基于轉子磁場定向的雙平面矢量控制系統(tǒng),分析并設計了其各控制環(huán)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)。其中,詳細介紹了五相感應電機雙平面轉子磁場定向的控制原理,在此基礎上構建了整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型,并且基于采樣頻率、期望帶寬和電機參數(shù),精細化設計了一套良好的控制器PI參數(shù),實驗結果論證了雙平面矢量控制系統(tǒng)良好的運行性能并揭示了雙平面矢量控制的本質(zhì)。然后,為了優(yōu)化五相感應電機驅動系統(tǒng)的鐵芯利用率,并提升其轉矩輸出,對非正弦供電控制技術進行了研究,并且分析了在非正弦供電下,上述性能改善的本質(zhì)原因。闡述了傳統(tǒng)的雙平面轉子磁場定向下的非正弦供電控制原理,分析并揭示了由于這種算法在負載情況下由于忽略了氣隙漏感的影響,兩個平面的氣隙磁密會出現(xiàn)相位偏移,氣隙合成磁場畸變的問題。并從這個問題出發(fā),提出了改進式的非正弦供電控制方法,這種方法采用基波轉子磁場定向下,三次諧波氣隙磁場定向下注入三次諧波方式實現(xiàn)。實驗結果表明,該算法實時調(diào)整三次諧波平面氣隙磁場定向的位置,消除了由于氣隙磁密相位角偏移導致的畸變,保證了氣隙磁密在負載條件下仍為平頂波。最后,為了消除機械編碼器在惡劣工況下存在故障并強化測速系統(tǒng)的性能,提出了在非正弦供電下,適用于五相感應電機系統(tǒng)的基于瞬時無功功率的混合IRP-MRAS無速度控制算法。該方法綜合了 Q-MRAS以及X-MRAS的優(yōu)點,其相對于傳統(tǒng)的無速度傳感器控制有著良好的低速性能,辨識范圍廣,并且可以四象限穩(wěn)定運行,且對定子電阻變化不敏感。隨后,利用Popov超穩(wěn)定性理論設計了系統(tǒng)的自適應率,并采取小信號模型分析的方法法驗證了速度辨識系統(tǒng)的閉環(huán)觀測穩(wěn)定性。最后對于提出非正弦供電下混合IRP-MRAS的速度辨識方法的有效性進行了實驗驗證。
[Abstract]:Compared with the traditional three-phase motor drive system, the multi-phase motor drive system has a good application prospect in high-power applications, such as aeronautical starting / generating system, because of its characteristics of low voltage and high power, high power density, high reliability and multi-degree of freedom. In this paper, based on the five-phase induction motor drive system, the key technologies related to the high performance drive are studied deeply, such as multi-electric propulsion system, electric vehicle driving system and so on. The main contents of this paper are as follows: firstly, the space-time magnetic EMF of multiphase induction motor is calculated by the method of winding function, and the essence of multiphase motor is revealed. The mathematical model of multi-plane decoupling control of multi-phase induction motor at synchronous speed is derived, and the principle of multi-degree-of-freedom of multi-phase motor is expounded and analyzed, which lays a good theoretical foundation for the later research. In order to make the five-phase induction drive system obtain high performance dynamic and static response, a two-plane vector control system based on rotor magnetic field orientation is constructed, and the Pi regulator parameters of each control loop are analyzed and designed. This paper introduces in detail the control principle of two-plane rotor flux orientation of five-phase induction motor, and constructs the transfer function model of the whole system based on the sampling frequency, the expected bandwidth and the parameters of the motor. A set of fine Pi parameters of the controller is designed in detail. The experimental results demonstrate the good performance of the dual plane vector control system and reveal the essence of the dual plane vector control. In order to optimize the iron core utilization rate and improve the torque output of the five-phase induction motor drive system, the non-sinusoidal power supply control technology is studied, and the non-sinusoidal power supply is analyzed. The essential reason for the performance improvement mentioned above is to expound the traditional non-sinusoidal power supply control principle under the direction of the magnetic field of the biplane rotor, and to analyze and reveal the influence of the air gap leakage caused by this algorithm in the case of load. The phase shift and the distortion of the synthetic magnetic field of the air gap will occur in the air gap magnetic density of the two planes. Based on this problem, an improved non-sinusoidal power supply control method is proposed, which is based on the fundamental rotor magnetic field orientation. The experimental results show that the algorithm adjusts the position of the third harmonic plane air-gap magnetic field orientation in real time and eliminates the distortion caused by the air-gap magnetic density phase angle migration. The airgap magnetic density is still flat-top wave under the load condition. Finally, in order to eliminate the mechanical encoder failure under the bad working condition and strengthen the performance of the speed measuring system, the paper puts forward the non-sinusoidal power supply, A hybrid IRP-MRAS speed control algorithm based on instantaneous reactive power for five-phase induction motor systems is proposed. The proposed method integrates the advantages of Q-MRAS and X-MRAS, and has a good low speed performance compared with the traditional speed sensorless control. The identification range is wide, and the system can operate steadily in four quadrants, and it is insensitive to the change of stator resistance. Then, the adaptive rate of the system is designed by using the Popov hyperstability theory. The closed-loop observation stability of the speed identification system is verified by the method of small-signal model analysis. Finally, the effectiveness of the proposed speed identification method for hybrid IRP-MRAS with non-sinusoidal power supply is verified experimentally.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM346

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