船用轴带无刷双馈发电系统的实用控制技术研究

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1、分类号：TM921.51密级：公开UDC：621.3编号：S2015-712-06中国舰船研究院硕士学位论文船用轴带无刷双馈发电系统的实用控制技术研究作者：葛启桢指导老师：黎波研究员学科专业：电工理论与新技术武汉船用电力推进装置研究所二〇一五年三月分类号：TM921.51密级：公开UDC：621.3编号：S2015-712-06硕士学位论文船用轴带无刷双馈发电系统的实用控制技术研究StudyonthePracticalControlTechniquesfortheMarineShaftBrushlessDoubly-fedGeneratorSystem指导

2、教师姓名：黎波职称：研究员学位申请人姓名：葛启桢申请学位级别：工学硕士专业名称：电工理论与新技术研究方向：舰船电力电子应用技术研究论文提交时间：2015年3月培养单位：武汉船用电力推进装置研究所学位授予单位：中国舰船研究院学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文所有研究工作，均在导师指导下由作者本人独立完成。引用的有关观点、方法、数据和文献已在论文中注明，并与参考文献对应。除论文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经公开发表的研究成果。对本文研究作出任何贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式注明并表示感谢。学位论文作者签名：日期：年月日学

3、位论文版权使用授权声明中国舰船研究院和武汉船用电力推进装置研究所有权保存本人呈交的学位论文复印件及电子版，有权向国家有关部门或机构送交论文复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国舰船研究院和武汉船用电力推进装置研究所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描手段保存或汇编本论文。本学位论文属于：公开内部秘密，在年解密后适用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日中国舰船研究院硕士学位论文摘要无刷双馈电机是一种新型的交流励磁双馈电机，因为省去了电刷和滑环结构，使得

4、其维护性和可靠性都明显提升，无刷双馈电机仅需要采用电机额定容量的1/3左右容量的控制变频器就能满足控制需求，所以相比传统异步电机，无刷双馈电机的控制系统硬件成本大幅降低。无刷双馈电机还具有变速恒频发电的特点，在类似风力发电和船舶轴带发电领域有很大的应用前景。目前限制无刷双馈电机应用的主要是各种先进的控制算法的实用性问题。本文主要研究的是无刷双馈电机单机发电控制策略在船用轴带发电系统中的应用问题。文章首先介绍了无刷双馈电机的基本原理以及能量传递关系。通过无刷双馈电机的等效电路建立了无刷双馈电机的基本数学物理模型，在此基础上利用坐标变换的方法，得到电机在不同坐

5、标系下的数学模型，通过这些数学模型可以在Simulink中建立无刷双馈电机的仿真模型。然后分别根据采用的不同算法，建立了无刷双馈电机独立发电系统的标量控制模型和矢量解耦控制模型，并利用MATLAB/Simulink建立二者的系统控制仿真模型。其中针对矢量解耦控制分别采用了基于d-q坐标系的电压闭环矢量控制和基于M-T坐标系的电流闭环矢量控制。通过仿真对比，验证各种控制策略的控制性能，并对比优劣性。为了检验仿真中的控制策略在实际控制系统中应用的效果，建立了一套无刷双馈电机独立发电的实验平台，采用标量控制策略进行控制，在实验过程中根据实际运行中出现的问题，通过

6、大量实验，记录并总结相关数据，建立了一套离线PI数据库，根据不同的工况选取相应的PI参数，使系统在实际工作范围内保持稳定发电。最后，根据仿真以及实验结果，综合分析应用标量控制策略在仿真和实验中的系统输出特性，采用标量控制策略可以保证无刷双馈发电系统在工况较为简单的环境中保持稳定，针对于环境变量较为单一的船舶轴带发电系统，具有较为不错的实用性。同时，实验过程中离线PI数据库的建立可以为接下来无刷双馈电机实用控制策略通用化研究打下一定的基础。关键词：船用轴带发电系统；无刷双馈电机；标量控制；矢量控制I船用轴带无刷双馈发电系统实用技术研究ABSTRACTTheb

7、rushlessdoubly-fedmachine,shortastheBDFM,isanewkindofACexciteddouble-fedmotor,becausethecarbonbrushandslipringstructuresareleftout,themaintainabilityandreliabilityoftheBDFMisenhancedsignificantly.Comparedtothetraditionalinductionmotor,theBDFMonlyusealowercapacityofconverter,sothat

8、thecostofthehardwarecanbereduced.