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基于SVPWM无刷双馈电机矢量控制系统场路耦合有限元的仿真研究

发布时间:2019-01-09 12:26
【摘要】:无刷双馈电机具有结构简单、功率因数可控、变频器容量小、运行可靠性高、制造成本低等一系列优点,在大功率、高电压、高扭矩、低转速的调速系统以及变速恒频发电领域具有广阔的应用前景。 目前,无刷双馈电机变速驱动系统作为国内外研究的热点,正处在模拟仿真和样机试制阶段。现阶段的仿真多数是针对无刷双馈电机或者控制系统的单独仿真,鲜有文章涉及无刷双馈电机及其控制系统的高性能联合仿真;试验样机及配套系统虽已问世,但是其结构优化、参数调试等工作依然需要高精度仿真的支持。所以,无刷双馈电机及其控制系统亟需一种高性能仿真方法为其提供技术参考。 因为无刷双馈电机定转子结构和内部电磁关系复杂,传统的交流电机性能分析方法并不能准确的对无刷双馈电机进行模拟仿真;又因专业的电磁仿真软件只能针对电机电磁场进行仿真,不能考虑电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)供电和矢量控制等复杂外电路对电机运行性能的影响,这使得无刷双馈电机及其控制系统仿真困难重重。针对此问题,本文采用场路耦合联合仿真的方式,对转差型矢量控制SVPWM供电的无刷双馈电机变速驱动系统进行了仿真,获得了高精度的仿真结果。本文所做具体工作如下: 首先,研究无刷双馈电机的工作原理、运行方式,SVPWM供电方式和转差型矢量控制系统的原理及实现方法,为建立SVPWM供电的转差型矢量控制系统打下理论基础。 其次,在前人对无刷双馈电机数学模型研究的基础上,推导无刷双馈电机动态数学模型方程,并在MATLAB/Simulink软件中搭建基于动态数学模型的电机模型,并利用该模型,建成整个驱动系统的Simulink仿真模型。 然后,建立由SVPWM供电转差频率矢量控制的变速驱动系统Simulink模型,实现无刷双馈电机异步启动、转速快速跟踪、功率因数可控等功能,获得相关控制器的具体参数,为实现联合仿真做好准备。 最后,在Maxwell电磁仿真软件中建立无刷双馈电机的有限元仿真模型,在Simplorer仿真软件中建立了SVPWM供电的转差型矢量控制系统,并将两个仿真软件进行实时数据交互的场路耦合联合仿真,获得无刷双馈电机在SVPWM供电转差型矢量控制下的运行仿真数据。
[Abstract]:Brushless doubly-fed machine has a series of advantages, such as simple structure, controllable power factor, small capacity of inverter, high reliability of operation, low manufacturing cost, etc., in high power, high voltage, high torque, etc. Low speed regulation system and variable speed constant frequency power generation field have broad application prospects. At present, the variable speed drive system of brushless doubly-fed machine is in the stage of simulation and prototype production. At present, most of the simulations are aimed at the single simulation of brushless doubly-fed machine or control system, and few articles relate to the high-performance joint simulation of brushless doubly-fed machine and its control system. Although the experimental prototype and its supporting system have been developed, its structure optimization and parameter adjustment still need the support of high precision simulation. Therefore, a high performance simulation method is needed for the brushless doubly-fed machine and its control system. Because the structure of the stator and rotor of the brushless doubly-fed machine is complicated and the internal electromagnetic relationship is complex, the traditional performance analysis method of AC motor can not accurately simulate and simulate the brushless doubly-fed machine. Because the professional electromagnetic simulation software can only simulate the electromagnetic field of the motor, it can not consider the influence of the complex external circuits, such as voltage space vector pulse width modulation (SVPWM) power supply and vector control, on the performance of the motor. This makes it difficult to simulate the brushless doubly-fed machine and its control system. In order to solve this problem, this paper simulates the variable speed drive system of brushless doubly-fed machine powered by slip vector control (SVPWM) by using field-circuit coupling combined simulation method, and obtains high precision simulation results. The specific work of this paper is as follows: firstly, the working principle, operation mode, SVPWM power supply mode and the principle and realization method of the slip vector control system are studied. It lays a theoretical foundation for the establishment of SVPWM power supply slip vector control system. Secondly, on the basis of previous researches on the mathematical model of brushless doubly-fed machine, the dynamic mathematical model equation of brushless doubly-fed machine is deduced, and the motor model based on dynamic mathematical model is built in MATLAB/Simulink software, and the model is used. The Simulink simulation model of the whole drive system is built. Then, the Simulink model of variable speed drive system controlled by SVPWM power supply slip frequency vector is established to realize the functions of brushless doubly-fed machine, such as asynchronous start, fast speed tracking, controllable power factor and so on, and the specific parameters of the controller are obtained. Prepare for joint simulation. Finally, the finite element simulation model of brushless doubly-fed machine is established in Maxwell electromagnetic simulation software, and the slip vector control system of SVPWM power supply is established in Simplorer simulation software. The simulation data of brushless doubly-fed machine under the control of SVPWM power supply slip vector are obtained by the field circuit coupling joint simulation of real-time data interaction between the two simulation softwares.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM301.2

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本文编号:2405627

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