基于dsp+fpga的十五相感应电机变频器控制电路的研究

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1、分类号：TM34密级：无UDC：621.3学校代码：11065硕士学位论文基于DSP+FPGA的十五相感应电机变频器控制电路的研究梁伟指导教师吴新振教授学科专业名称电气工程论文答辩日期2015年5月30日摘要驱动多相电机的多相变频调速驱动系统是不同于传统三相驱动系统的一种新型拓扑结构，该拓扑结构的系统相冗余性好、可靠性高、转矩平稳、易于通过低压电力电子器件实现大功率传动，适用于可靠性要求高，空间有限却需要大功率传动的场合。因此多相电机系统成为舰船推进模块的首选方案，近期一直受到相关学者们的关注。本文以十五相异步电机调速系统为研究对象，对多相电机理论和多相变频调速的实现方法进行了多方面研究，

2、全文主要内容如下：首先进行了非正弦供电十五相异步电机的磁动势分析，得出了集中整距绕组十五相异步电机的特性：十五相异步电机通过注入3次谐波电流使气隙磁密的波形趋近于平顶波，从而提高电机铁芯的利用率，并增大电机的输出转矩密度，以此为基础总结出3次谐波注入的理想运行条件。建立了十五相集中整距绕组异步电机的数学模型，根据十五相电机dq坐标变换矩阵，实现自然坐标系下十五相电机模型的解耦，变换为基波与3次谐波的两个正交平面分别作用的数学模型，为非正弦供电十五相异步电机的Simulink建模及变频调速矢量控制提供了理论基础。介绍了十五相电机变频调速的基本原理，并在Simulink中搭建了非正弦供电的十五

3、相异步电机调速仿真模型，仿真结果对选取硬件电路器件型号及调整编程参数都具有一定指导作用。通过基波与3次谐波共同作用时定子感应电势的仿真波形，验证了注入3次谐波可提高铁磁材料利用率，改善电机性能的可行性。介绍了十五相变频调速系统主电路及控制电路的结构，并根据十五相电机所需控制信号路数多、控制精度高、处理数据快等特点，设计了以DSP+FPGA组合作为主控制器的十五相电机控制电路结构。在控制电路中，DSP处理器主要进行控制算法处理，FPGA实现PWM通道、电压、电流检测通道扩展，二者实时通信交换数据，共同完成对十五相变频器的控制。借助于全数字化的十五相异步电机原理样机变频调速实验平台，编写了上位

4、机程序，实时发送控制指令并接收相关测量数据，利用多通道采集仪及示波器记录实验波形，得到了实验结果并对其进行了分析。仿真结果和实验结果相互吻合，说明了非正弦供电的十五相异步电机数学建模与控制策略的有效性。关键词：十五相异步电机；集中整距绕组；非正弦供电；数学模型；DSP+FPGA；多相变频器AbstractMultiphaseinverter-drivenspeedregulationsystemisanewtypeoftopologicalstructurewithrespecttothetraditionalthree-phasedrivensystemforitsphaseredund

5、ancy,highreliabilityandsmoothtorque.Sincehighpowerdrivecanbeaccomplishedwithlowvoltagepowerelectricdevicesinsuchstructure,itisnormallyusedincaseswithlimitedspace,especiallyinvesselpropulsionsystem,whichexplainsitscontinuousattentionfromresearchers.Takingthespeedregulationsystemofafifteen-phaseindu

6、ctionmotorastheresearchsubject,variesaspectsintheimplementationofmultiphasefrequencycontrolanditstheoryarestudiedasfollows:Themagneticmotiveforce(MMF)ofthefifteen-phaseinductionmotorundernon-sinusoidalsupplyisanalyzedwiththecharacteristicsofsuchconcentratedintegralpitchwindingproposed:thefifteen-p

7、haseinductionmotorallowstheinjectionofthethirdorderharmoniccurrentforaflatwaveofmagneticfluxdensity,whichimprovestheutilizationofironcoreandtheoutputtorque.Theidealoperatingconditionsforthethirdharmoniccurrentinj