發(fā)布時間：2017-10-14 08:37

  本文關(guān)鍵詞：風力發(fā)電開關(guān)磁阻發(fā)電機的研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步,資源和環(huán)境問題開始凸顯。清潔的可再生能源成為能源需求的方向,風能具有無污染、可再生的優(yōu)點,因此越來越受到人們的重視。在這一背景下,各國科學界投入大量精力研究風力發(fā)電技術(shù)。風力發(fā)電既可以有效地利用自然資源,又不會產(chǎn)生污染環(huán)境的附加物,是一種理想的發(fā)電方式。本課題分析了風力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和前景,介紹了風力發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀。對不同風力發(fā)電系統(tǒng)的特點進行比較,明確了開關(guān)磁阻發(fā)電機用于風力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢。開關(guān)磁阻電機作為一種新類型的發(fā)電設(shè)備,具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、耐高溫、容錯能力強等優(yōu)點,且具有良好的低速直驅(qū)性能,在低速直驅(qū)風力發(fā)電中具有良好的應(yīng)用前景。本文圍繞開關(guān)磁阻發(fā)電機(Switched Reluctance Generator, SRG)在小型直驅(qū)風力發(fā)電中的應(yīng)用,進行理論分析、仿真研究,并在自主開發(fā)的開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)實驗平臺上進行了研究工作。首先,闡述了開關(guān)磁阻發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)和運行原理,對發(fā)電機勵磁和發(fā)電過程進行了詳細的解析分析,重點研究了相電流的解析表達式。介紹了發(fā)電機白勵發(fā)電和他勵發(fā)電兩種發(fā)電勵磁模式。在原理分析的基礎(chǔ)上總結(jié)了開關(guān)磁阻發(fā)電機的控制方式。其次,基于電磁場有限元分析得出的開關(guān)磁阻發(fā)電機不同定轉(zhuǎn)子位置處的磁化曲線,考慮電機鐵芯飽和的影響,采用Matlab/Simulink軟件環(huán)境建立了外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電機的非線性數(shù)學模型。詳細分析了模型每個模塊的結(jié)構(gòu)與功能。同時采用電磁場的有限元方法對外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電機的發(fā)電過程進行了仿真,以驗證基于Matlab軟件所建仿真模型的正確性。再次,基于前述建立的開關(guān)磁阻發(fā)電機仿真模型,對電機的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)性能進行了仿真實驗。在分析的電機的控制策略和輸出特性的基礎(chǔ)上,研究起勵電壓、開通角、關(guān)斷角、轉(zhuǎn)速和外接穩(wěn)壓電容等控制參數(shù)對開關(guān)磁阻發(fā)電機發(fā)電過程及穩(wěn)定發(fā)電電壓的影響；同時對開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)的定子繞組缺相故障進行了仿真分析,以改善開關(guān)磁阻發(fā)電機的發(fā)電容錯能力。最后,基于前述的仿真研究結(jié)果,研制出外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電機的驅(qū)動控制系統(tǒng)實驗樣機,并在實驗平臺上并進行了相關(guān)實驗研究。該系統(tǒng)以TI公司的TMS320F2812控制芯片為核心�？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計包括硬件部分和軟件部分,硬件部分包括功率變換器、位置傳感器及控制器的設(shè)計；軟件部分主要是DSP控制程序。這兩個部分的設(shè)計相互配合,共同控制開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)。在開發(fā)的外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)實驗臺上進行相關(guān)信號測試和器件的功能測試,并進行發(fā)電實驗。通過實驗結(jié)果驗證理論研究和仿真研究的結(jié)論,以及所開發(fā)實驗平臺的正確性。
【關(guān)鍵詞】：風力發(fā)電 開關(guān)磁阻發(fā)電機 Matlab/Simulink 建模與仿真 DSP
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM31
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題背景和意義12
• 1.2 風力發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀12-13
• 1.3 風力發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 開關(guān)磁阻發(fā)電機在風力發(fā)電系統(tǒng)中的適用性15-17
• 1.5 開關(guān)磁阻發(fā)電機的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.6 本課題的研究內(nèi)容與研究重點18-20
• 第2章 開關(guān)磁阻發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)與運行原理20-32
• 2.1 開關(guān)磁阻發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)與原理20-23
• 2.1.1 開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.2 開關(guān)磁阻發(fā)電機的基本原理21-23
• 2.2 開關(guān)磁阻發(fā)電機勵磁模式23-24
• 2.3 開關(guān)磁阻發(fā)電機的解析分析24-29
• 2.3.1 開關(guān)磁阻發(fā)電機電感的線性分析24-25
• 2.3.2 相繞組電流解析25-29
• 2.4 開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)的控制方式29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電機的模型建立32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 開關(guān)磁阻發(fā)電機基于Matlab/Simulink中的模型建立32-37
• 3.2.1 功率變換器模塊33-34
• 3.2.2 開關(guān)磁阻發(fā)電機模型34-35
• 3.2.3 轉(zhuǎn)子角度位置輸出模塊35-36
• 3.2.4 電流斬波控制模塊36
• 3.2.5 勵磁區(qū)間控制模塊36-37
• 3.2.6 Matlab/Simulink建模仿真波形37
• 3.3 開關(guān)磁阻發(fā)電機基于Matlab/Simulink模型的有限元法驗證37-41
• 3.3.1 開關(guān)磁阻發(fā)電機模型的建立38-39
• 3.3.2 開關(guān)磁阻發(fā)電機外電路的搭建39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 開關(guān)磁阻發(fā)電機輸出特性仿真研究42-48
• 4.1 起勵電壓對輸出電壓影響42-43
• 4.2 開通角和關(guān)斷角對輸出電壓的影響43-44
• 4.3 電機轉(zhuǎn)速對輸出電壓的影響44-45
• 4.4 穩(wěn)壓電容對輸出電壓的影響45-46
• 4.5 開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)缺相故障仿真分析46-47
• 4.6 本章小結(jié)47-48
• 第5章 開關(guān)磁阻發(fā)電機控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計研究48-65
• 5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計研究48-55
• 5.1.1 功率變換電路49-50
• 5.1.2 驅(qū)動電路50-52
• 5.1.3 電流檢測電路52-53
• 5.1.4 沖擊電流抑制53-54
• 5.1.5 位置檢測54-55
• 5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計55-59
• 5.2.1 軟件部分總體結(jié)構(gòu)55-56
• 5.2.2 功能模塊設(shè)計56-59
• 5.3 外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)實驗及分析59-64
• 5.3.1 測試裝置介紹60-61
• 5.3.2 位置信號檢測61-62
• 5.3.3 功率元件測試62-63
• 5.3.4 外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電性能測試63-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 第6章 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 全文工作的總結(jié)65-66
• 6.2 下一步工作展望66-67
• 參考文獻67-71
• 附錄：外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻發(fā)電機系統(tǒng)控制軟件主程序71-84
• 致謝84-85
• 附件85

【參考文獻】

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1 黃f，

本文編號：1030106