大容量双馈电机控制系统设计与实现

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1、分类号学号M201271341学校代码10487密级硕士学位论文大容量双馈电机控制系统设计与实现学位申请人耿：鹏学科专业：电气工程指导教师：陈忠勇教授答辩日期：2015.5.21AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringDesignandImplementationofControlSystemonLargeCapacityDouble-fedMotorCandidate:GengPengMajor:ElectricalE

2、ngineeringSupervisor:Prof.ChenZhongyongHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015华中科技大学硕士学位论文摘要100MVA脉冲发电机组是J-TEXT装置的主供电源，和装置一起由美国德州大学赠送给华中科技大学并于2007年开始投入运行。机组由一台1417kW的绕线型异步电动机拖动运行，电动机的设计额定参数为12kV/60Hz，电动机达到最高设计转速713转/分时机组达到最大储能185MJ。目前电动机定子侧由10kV/50Hz电网

3、供电，导致其最大转速只能达到设计转速的5/6，脉冲发电机组储能仅为设计参数的69%，约135MJ。为了提高电源参数以满足J-TEXT装置更高参数物理实验的需求，需要对机组进行升速改造。升速方案充分利用了机组拖动电机绕线式转子的结构特点，采用了双馈调速的方法来实现机组的调速。双馈调速控制系统作为双馈调速系统的核心，需要实现系统参数的测量、各执行机构的控制以及保护，并与电源中央控制系统集成。本文针对双馈调速系统的控制需要以及100MVA脉冲发电机组的具体需求，完成了双馈调速控制系统的设计与实现。研究了双馈电机矢量控制原理，通过矢量控制的方法对异步电机数学模型作出

4、简化并在此基础上设计了一套转速和转子电流双闭环反馈控制方案，作为系统总体控制方案；研究了电压源型交直交变频器的结构和控制原理，设计了一套母线电压和进线电流双闭环反馈系统方案并以DSP28335为控制核心实现了这一套控制方案，实现了变频器的控制，得到频率、幅值和相位可调的输出电流；研究了基于1784板卡和旋转编码器的精确转速测量方案，实现了转速和转子角的精确测量；研究了磁通观察器的结构和原理并实现了定子磁链的计算；通过PCI板卡完成了系统中模拟量和数字量的采集以及系统各部分通信；最后将这些集成到现场工控机控制系统中完成了矢量运算和双馈控制，基本完成了双馈控制系

5、统搭建。在以上工作的基础上，设计了双馈电机调速系统的运行策略，并通过系统仿真和样机实验证明了运行策略的可行性，最后实现了双馈调速控制系统，测试运行达到了控制与调速需求，为J-TEXT装置进行高参数的物理实验打下了基础。关键词:双馈电机调速J-TEXT矢量控制PWM变频器DSP28335QNX系统I华中科技大学硕士学位论文Abstract100MVApulsegeneratorunitisthemainpowersupplierofJ-TexttokamakdeviceanditwasgivenbytheUniversityofTexaswiththedevi

6、cein2005.Theunitisconsistedofathree-phaseasynchronousmotoranda100MVApulsegenerator,who’sratedpowersupplyparameteris12kV/60Hz.Underthispowersupply,therotationalspeedofthemotorcanreach713rpm(roundperminute)andtheenergystoredbytheunitcanreach180MJ.ButwhentheunitisrunninginChina,wheret

7、heparameterofpowergridis10kV/50Hz,itsmaximumrotationalspeedreducesto598rpmandthestoredenergyreduceto135MJ.InordertoraisethespeedandstoredenergyoftheunittosatisfytheneedofJ-TEXTdevise’shighparameterexperiments,anupgradeoftheunitisneeded.Theupgradingprojectmadefulluseofthemotor’sstru

8、ctureofwinding-typerotor,u