异步电机变速恒频车载取力发电系统研究

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1、中图分类号：TM343论文编号：102870315-S052学科分类号：080801硕士学位论文异步电机变速恒频车载取力发电系统研究研究生姓名赵亚俊学科、专业电机与电器研究方向电机及其数字控制指导教师黄文新教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonInductionGeneratorVari

2、ableSpeedConstantFrequencyVehiclePowerSupplySystemBasedonEngineDrivenGeneratingAThesisinElectricalEngineeringbyZhaoYajunAdvisedbyProfessorHuangWenxinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学

3、位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将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、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着车载用电设备数量的不

4、断增多以及设备精密度的不断提高，其对车载电源的容量大小及电源品质都提出了越来越高的要求。为了解决这一难题，同时不给本就相对狭窄的车辆空间增加额外负担，车辆“取力发电”技术应运而生。“取力发电”顾名思义是通过从车辆发动机“取力”带动电源系统中发电机旋转并产生电能，而车辆由于路况等原因，其发动机的转速处于不断变化的状态，因此为了得到频率稳定、品质良好的车载三相交流供电电源，将变速恒频技术运用于车载电源是一种较为合适的方案。本文基于此提出了一种异步电机变速恒频车载取力发电系统，该系统要求满足原动机变转速且负

5、载情况较复杂时能够输出稳定的三相交流电。系统中发电机选择结构简单、成本低且可靠性高的笼型异步发电机，主电路拓扑采用背靠背式变换器，同时变换器的直流母线电容采用分裂式电容。一方面背靠背变换器的前级配合异步发电机构成异步电机可控整流发电系统，另一方面背靠背变换器的后级配合母线分裂电容及输出滤波器构成分裂电容式三相四线制逆变系统。两个子系统的级联从而构成了本文的变速恒频独立电源系统。本文在进行系统控制策略的设计时，首先“化整为零”，由于直流母线电容的存在实现了背靠背变换器前后级的解耦，因而可将系统看做两个独

6、立的子系统，分别设计异步电机发电系统及分裂电容式三相四线制逆变系统的控制策略。异步电机发电系统采用转差频率控制策略，该控制策略无需进行坐标变换且适合电机宽转速运行。针对分裂电容式三相四线制逆变系统的拓扑特点，分别从改变电压控制器形式以及改变给定电压形式两个角度出发，各提出一种可实现每相电压独立控制的控制策略，即电压外环比例谐振（PR）调节的双环控制策略以及基于虚拟dq变换的双环比例积分（PI）控制策略，这两种控制策略均能实现逆变系统带不平衡负载的正常工作。本文随后“合零为整”，从“功率平衡”的角度出发

7、，提出将后级逆变器的负载功率作为前馈加入到前级发电系统的控制环路中，从而提升系统整体性能。为了验证方案的可行性，本文首先搭建了基于Plecs的仿真平台，从理论上证明了方案的正确性；随后又搭建一台30kW实验样机，并进行了发电机变转速、不平衡负载等多种情况下的实验研究，实验结果证明系统具有良好的动静态特性。本文的诸多研究成果表明异步电机变速恒频车载取力发电系统是一种能够运用于车载供电电源的高性能方案，具有良好的发展与应用前景。关键词：取力发电，变速恒频车载电源系统，异步发电机,分裂电容式三相四线制逆变器

8、，转差频率控制，比例谐振调节器，虚拟dq变换，变转速运行，不平衡负载i异步电机变速恒频车载取力发电系统研究ABSTRACTWiththegrowingnumberofon-boardelectricaldevicesandthecontinuousimprovementofequipmentprecision,higherdemandsareproposedontheon-boardpowercapacityandpowerquality.Inorder