异步电机起动发电系统研究

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1、南京航空航天大学博士学位论文异步电机起动/发电系统研究姓名：张兰红申请学位级别：博士专业：电力电子与电力传动指导教师：胡育文20060901南京航空航天大学博士学位论文摘要随着电力电子技术及电机控制技术的迅速发展，由电力电子变换器控制的异步电机实现起动/发电双功能已成为可能。采用异步电机起动/发电双功能系统作为飞机、汽车、坦克战车、轮船等运动载体的电源系统正成为当今国际上的一个研究热点。在分析发动机起动转矩特性的基础上，比较了异步电机的几种起动方案。对异步电机起动/发电系统，为兼顾起动和发电双方的要求，提出了系统综合设计技术。深入研究比较了三角形连接与星形连接的电机中直接转矩控

2、制的异同，比较了两种连接方法起动的优缺点。研究了两种有效可行的异步电机起动电流限制方案。深入研究了瞬时转矩控制的异步发电系统的建压过程，分析了建压过程的影响因素。采用瞬时转矩控制策略的异步发电系统中，所发矢量对磁链和转矩控制作用的不均匀导致电流过冲的出现，提出在每个非零电压矢量所发的周期中间平均插入一个短时间的零电压矢量来限制电流过冲，使系统顺利建压运行。提出了瞬时转矩控制策略下异步发电系统的电压泵升控制方案，即借鉴BOOST变换器的工作原理，利用宏观上零电压矢量作用时电机绕组电感积蓄能量，非零电压矢量作用时，原动机输入能量和电机绕组电感积蓄的能量一起向外输出的特点，通过调节零

3、电压矢量和非零电压矢量的作用时间之比，实现直流母线输出电压的泵升。研究了功率开关缓冲电路的原理与设计方法。对中功率异步发电系统进行了全面的性能测试。提出充分利用系统中变换器可快速控制定子磁链转速的特点，改变电磁转矩的方向，实现起动到发电的平滑转换，详细介绍了转换过程控制方案。建立了异步电机起动/发电系统的仿真模型，对起动/发电转换进行了全过程仿真，仿真获得实验验证，实现了异步电机起动/发电双功能。对多年来国内外三相变频驱动系统中逆变器的故障诊断与容错技术进行了总结与比较，指出了各种方式的优缺点，并提出今后的研究方向。对采用直接转矩控制的异步电动系统与采用瞬时转矩控制的异步发电系

4、统的最常见故障进行了故障工况分析，为进一步进行故障诊断打下基础。对采用直接转矩控制技术的异步电动系统，研究了两种有效可行的容错i异步电机起动/发电系统研究方案。方案一系统成为四开关两相运行系统，方案二系统成为四开关三相运行系统，提出了两种四开关系统直接转矩控制中磁链和转矩的控制方案。对采用瞬时转矩控制的异步发电系统进行了容错研究，系统容错后成为四开关三相异步发电系统，研究了四开关三相异步发电系统瞬时转矩控制策略的实现方法。为提高容错型四开关三相异步发电系统的稳态性能，进行了基于空间矢量调制的瞬时转矩控制研究，提出了包含磁链与转矩变化趋势与大小信息的电压参考矢量生成方法；针对四开

5、关系统无零电压矢量的情况，提出用等时间相反矢量来代替零电压矢量的作用，并给出了两种矢量调制方案。关键词：高压直流，起动，发电，异步电机，变换器，直接转矩控制，瞬时转矩控制，故障诊断，故障容错，六开关，四开关，空间电压矢量调制ii南京航空航天大学博士学位论文AbstractWiththedevelopmentofpowerelectronicandmotioncontroltechnology,thedoublefunctionstarter/generatorsystemwhichismadeofinductionmachineandpowerelectronicconvert

6、ercanberealized.Usinginductionstarter/generatorsystemaspowersupplysysteminplane,automobile,tankandsteamshipisbecominganewinternationalresearcharea.Basedontheanalysisofenginestarttorquetrait,afewstartschemesofinductionmachinearecompared.Ininductionstarter/generatorsystem,inordertomeetthedeman

7、dofstarterandgeneratorsimultaneously,colligationdesigntechnologyisproposed.Directtorquecontrol(DTC)indelta-connectionandstar-connectionmachineisresearchedandcompared.Theadvantagesanddisadvantagesofstartabouttwoconnectionarecompared.Twoeffectivecurr