无刷电励磁同步电机励磁控制系统研究

《无刷电励磁同步电机励磁控制系统研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、沈阳工业大学硕士学位论文无刷电励磁同步电机励磁控制系统研究StudyonElectricallyExcitationSystemofaNovelBrushlessSynchronousMachine赵昀武电气工程学院作者：单位：指导教师：张凤阁教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年03月03日学位授予单位：沈阳工业大学摘要无刷电励磁同步电机是近年来提出的一种新型电机，该电机除具有常规电励磁同步电机转速恒定、功率因数可调及效率高等优点外，还具有无电刷滑环结构、维护成本

2、低、可靠性高等特点，特别适用于易燃易爆及风力发电等应用领域。这种电机定子上有两套极数不同的绕组，一套为2p极三相电枢绕组，直接与电网相连接；另一套为2q极直流励磁绕组，为电机提供励磁电流，转子为磁障笼型混合式转子。由于这种电机的发展较晚，目前还没有与之相适应的励磁控制系统能够配合这种电机运行，为了使无刷电励磁同步电机能够发挥出最佳性能，本文设计并研制了一套无刷电励磁同步电机励磁控制系统。首先，本文研究了无刷电励磁同步电机的工作机理，对该电机特殊的定转子结构和工作方式进行了具体的介绍，并与传统的旋转整

3、流器式无刷电励磁同步电机进行了对比分析，明确了研究的目的和意义。其次，本文使用有限元仿真分析软件AnsoftMaxwell建立了无刷电励磁同步电机的有限元分析模型，利用多领域仿真分析软件Simplorer建立了控制系统仿真模型，并将有限元模型导入到Simplorer中进行联合仿真。使用场路结合的方法对变负载恒定发电机端电压等工作状态进行了仿真分析，针对仿真中发现的问题，本文对励磁控制系统的电路结构进行了优化设计，改善了控制器的性能。再次，本文针对无刷电励磁同步电机对于励磁控制系统的需求，提出了针对不

4、同工况的励磁电流控制策略。在电动机工况中，励磁控制系统根据电机转速自动判断何时对电机进行牵入同步，通过调节励磁电流来调整电动机功率因数。在发电机双闭环应用工况中，励磁控制系统使用双闭环控制算法使发电机发出的端电压保持在给定的数值附近，当发电机负载发生突变时，励磁控制系统迅速调整励磁电流的大小以应对这种变化，最大限度的保证发电机输出电压的稳定。最后，本文设计并研制了一台无刷电励磁同步电机励磁控制系统，包括励磁控制器的硬件结构设计和控制核心的软件编写。励磁控制系统利用微控制器的硬件PWM信号和离散式数字

5、PI算法以闭环控制的方法对无刷电励磁同步电机的励磁电流进行了精确的控制，对本文所提出的励磁控制策略的有效性进行了验证。关键词：无刷励磁，PID控制，联合仿真，同步电机IAbstractElectricallyexcitedbrushlesssynchronousmachineisanewkindofmotorproposedinrecentyears.Itnotonlyhastheadvantagesofaconventionalelectricallyexcitedsynchronousmachi

6、ne,butalsohassomeotheradvantagessuchasbrushlessstructure,lowmaintenancefeeandhighreliability.Itcanbeusedinavarietyofoccassion,especiallyforwindpower,inflammableandexplosiveoccasions.Therearetwosetsofwindingsonthestatorwhichhavedifferentpolenumbers,onei

7、sa2p-polethree-phasearmaturewindingwhichisdirectlyconnectedtogrid;theothersetofwindingisa2q-polesingle-phasefieldwindingwhichneedanexcitationcurrent.Therotorofthismachineisamagneticbarrierrotor.However,thereisnosuitableexcitationcontrolsystemcancopewit

8、hthiskindofmachine,therefore,anelectricalexcitationcontrolsystemwasdesignedandmanufacturedinthisthesisforthebestperformanceofthismachine.Firstly,workingmechanismofelectricallyexcitedbrushlesssynchronousmachinewasstudiedinthisthesis.Thes