本文選題：雙定子感應(yīng)電機 + 矢量空間解耦變換��； 參考：《北京交通大學》2017年博士論文

【摘要】：多相電機牽引系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動頻率高、脈動幅值小,可靠性高、容錯能力強,并且可以利用現(xiàn)有低壓功率開關(guān)器件實現(xiàn)大功率等級,特別適合于艦船電力推進系統(tǒng)、軌道交通牽引系統(tǒng)等低電壓、大功率、高可靠性的領(lǐng)域。本文針對軌道交通無變壓器牽引傳動系統(tǒng)中雙定子感應(yīng)電機在控制和調(diào)制方面的關(guān)鍵問題進行了研究,主要包括以下內(nèi)容:利用矢量空間解耦變換理論,建立了雙定子感應(yīng)電機的解耦數(shù)學模型,并在此基礎(chǔ)上,詳細研究了雙定子感應(yīng)電機的電流控制策略,包括基波平面電流控制策略和諧波平面電流抑制策略。在基波平面,采用復矢量分析法建立電機的復矢量數(shù)學模型,利用零極點對消原理設(shè)計了復矢量電流調(diào)節(jié)器,能夠?qū)崿F(xiàn)電機的解耦控制;在諧波平面,推導了由逆變器或者電機的不對稱性引起的諧波電流的物理意義,并對五種不對稱電流抑制方法進行了對比分析。針對兩電平六相逆變器供電的雙定子感應(yīng)電機,提出了一種改進型24扇區(qū)SVPWM調(diào)制方法,該方法具有良好的電壓輸出性能,可以有效減少諧波平面的諧波電壓分量。為了簡化SVPWM方法的計算過程和實現(xiàn)過程,通過對改進型24扇區(qū)SVPWM方法與載波PWM方法的一致性關(guān)系進行推導和證明,提出了改進型24扇區(qū)SVPWM方法的等效載波PWM實現(xiàn)方法,可以大大簡化算法的復雜程度,節(jié)省計算資源,更易于DSP等計算芯片的數(shù)字化實現(xiàn)。為了滿足低開關(guān)頻率條件下雙定子感應(yīng)電機的調(diào)制要求,提出了兩種同步調(diào)制策略:基于傳統(tǒng)24扇區(qū)SVPWM方法的同步調(diào)制策略和基于改進24扇區(qū)SVPWM方法的同步調(diào)制策略,并對所有方法的輸出電壓性能進行了比較研究。除此之外,根據(jù)逆變器最高開關(guān)頻率的限制,提出了雙定子感應(yīng)電機在全速度范圍內(nèi)的多模式SVPWM調(diào)制策略和不同調(diào)制模式之間的切換策略。結(jié)合多模式SVPWM調(diào)制策略的特點,提出了雙定子感應(yīng)電機在全速度范圍內(nèi)的矢量控制策略,可以滿足大功率牽引電機在低開關(guān)頻率限制條件下的高性能控制要求。此外,為了解決由于各種原因引起的轉(zhuǎn)子磁場定向不準確問題,分別采用了適用于非方波工況的基于q軸觀測磁鏈的磁場定向校正策略和適用于方波工況的基于q軸電流偏差的磁場定向校正策略。最后,設(shè)計并搭建了軌道交通無變壓器牽引傳動系統(tǒng)的四級實驗平臺。針對級聯(lián)型H橋整流器有源前端的控制策略和各級直流母線電壓的平衡控制策略進行了研究;通過分析級聯(lián)型H橋整流器的穩(wěn)定工作域,提出了兩臺雙定子感應(yīng)電機的協(xié)調(diào)控制策略,并利用實驗平臺進行了相關(guān)的實驗驗證。
[Abstract]:The traction system of multiphase motor has high torque ripple frequency, small pulsation amplitude, high reliability, strong fault-tolerant ability, and can use the existing low-voltage power switch devices to realize the high power grade, which is especially suitable for naval electric propulsion system.Railway traction system and other low-voltage, high-power, high-reliability areas.In this paper, the key problems in control and modulation of dual stator induction motor in traction drive system without transformer in rail transit are studied. The main contents are as follows: using vector space decoupling transformation theory,The decoupling mathematical model of double stator induction motor is established, and the current control strategy of double stator induction motor is studied in detail, including fundamental current control strategy and harmonic plane current suppression strategy.In the fundamental plane, the complex vector mathematical model of the motor is established by using complex vector analysis method, and the complex vector current regulator is designed by using the principle of zero pole cancellation, which can realize the decoupling control of the motor.The physical meaning of harmonic current caused by the asymmetry of inverter or motor is deduced, and five asymmetric current suppression methods are compared and analyzed.An improved 24-sector SVPWM modulation method is proposed for two-level six-phase inverter fed double-stator induction motor. This method has good voltage output performance and can effectively reduce harmonic voltage components in harmonic plane.In order to simplify the calculation and implementation of the SVPWM method, the consistency relationship between the improved 24 sector SVPWM method and the carrier PWM method is deduced and proved, and the equivalent carrier PWM implementation method of the improved 24 sector SVPWM method is proposed.It can greatly simplify the complexity of the algorithm, save computing resources, and is easier to realize digitally the DSP and other computing chips.In order to meet the modulation requirements of double-stator induction motor at low switching frequency, two synchronous modulation strategies are proposed: one based on the traditional 24 sector SVPWM method and the other based on the improved 24 sector SVPWM method.The output voltage performance of all methods is compared and studied.In addition, according to the limitation of the maximum switching frequency of the inverter, the multi-mode SVPWM modulation strategy and the switching strategy between different modulation modes are proposed for the double-stator induction motor in the full speed range.Combined with the characteristics of multi-mode SVPWM modulation strategy, the vector control strategy of double-stator induction motor in full speed range is proposed, which can meet the high performance control requirements of high-power traction motor under the condition of low switching frequency limit.In addition, in order to solve the problem of rotor magnetic field orientation inaccuracy caused by various reasons,Magnetic field orientation correction strategies based on Q axis observation flux linkage and Q axis current deviation are adopted respectively for non square wave mode and square wave mode respectively.Finally, the four-level experimental platform of traction transmission system without transformer in rail transit is designed and built.The control strategy of active front end of cascaded H-bridge rectifier and the balancing control strategy of DC bus voltage are studied, and the stable working area of cascaded H-bridge rectifier is analyzed.A coordinated control strategy for two double stator induction motors is proposed, and the experimental results are verified by using the experimental platform.
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U264.91

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