船用轴带无刷双馈发电系统负载侧变换器研究

发布时间：2017-08-14 10:07

  本文关键词：船用轴带无刷双馈发电系统负载侧变换器研究

  更多相关文章： 轴带发电 无刷双馈发电机 PWM整流器 滤波器设计 无源阻尼 数字控制 稳定性分析

【摘要】：随着传统能源储量越来越少,人们越来越开始追求能源的高效利用。在船舶工业中,越来越多的货轮开始采用轴带发电技术以提高能源利用率及减少经济成本。轴带发电系统中,轴带电机的选择至关重要。无刷双馈电机由于取消了电刷及滑环,运行可靠性大大提高,因而越来越多的在轴带发电领域受到关注。因此,本文对无刷双馈电机轴带发电系统中的负载侧变换器的控制做了系统研究。针对无刷双馈电机这一新型电机,首先阐明了其工作原理,详细推导了其稳态等效电路,基于稳态等效电路求出了其能量传递关系。接着,在三相静止坐标系及旋转坐标系建立了其动态数学模型,并得出了其矢量等值电路。通过Plecs仿真软件搭建了无刷双馈电机的仿真模型,验证了模型的有效性。建立了负载侧变换器的数学模型,根据控制目标选择了直接电流控制,进行了控制器参数设计。基于独立发电系统的特点,设计了负载侧变换器的启动策略及无功补偿策略。最后在Plecs仿真软件中进行了仿真验证,首先进行了负载侧变换器的单级仿真,接着通过与电机侧变换器级联,机侧变换器采用标量控制,进行了两级级联发电仿真。针对独立发电系统负载电压谐波含量较高这一问题,分析了其产生原因。在此基础上,给出了各种滤波电路,并通过比较选定最优的滤波电路。分析了滤波器引入产生的稳定性问题,采用了无源阻尼法及基于数字控制的无阻尼法来改善稳定性问题。最后通过仿真及实验验证了上述方法的有效性。搭建了无刷双馈电机变速恒频独立发电系统的实验平台,编写了实验程序,选取了负载侧变换器的电感电容参数。在实验平台上进行了变速恒频的发电实验,得到了比较理想的稳态及动态性能,验证了上述控制策略的准确性与可靠性。
【关键词】：轴带发电 无刷双馈发电机 PWM整流器 滤波器设计 无源阻尼 数字控制 稳定性分析
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 选题背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 2 无刷双馈电机的数学模型及仿真15-33
• 2.1 无刷双馈电机的运行原理及能量传递关系15-21
• 2.2 无刷双馈电机的动态数学模型21-29
• 2.3 模型验证仿真29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 负载侧变换器控制策略研究33-54
• 3.1 三相PWM变换器的数学模型及双环控制策略33-40
• 3.2 独立发电系统中PWM整流器的启动及无功补偿研究40-45
• 3.3 单级及两级级联仿真45-53
• 3.4 本章小结53-54
• 4 负载电压波形改善策略及稳定性分析54-72
• 4.1 滤波器结构选取54-58
• 4.2 无源阻尼时稳定性分析及滤波器参数设计58-61
• 4.3 基于数字控制的无阻尼滤波器稳定性分析61-67
• 4.4 仿真及实验验证67-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 无刷双馈发电机发电系统实验72-86
• 5.1 实验平台介绍72-75
• 5.2 负载侧变换器滤波电感及母线电容值的选取75-81
• 5.3 系统稳态及动态实验81-85
• 5.4 本章小结85-86
• 6 全文总结和展望86-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-92

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本文编号：672093