船舶電力推進(jìn)雙三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動控制研究.pdf

1、船舶電力推進(jìn)是一種先進(jìn)的推進(jìn)方式，近二十多年來，達(dá)到了空前的繁榮。現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)的核心是綜合電力推進(jìn)技術(shù)，而推進(jìn)電機(jī)的控制又是其關(guān)鍵的技術(shù)之一，推進(jìn)電機(jī)運行特性和驅(qū)動性能直接關(guān)系到船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的成敗。由于永磁同步電機(jī)的優(yōu)越性能，其在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣。在眾多永磁電機(jī)系列中，多相永磁同步電機(jī)作為推進(jìn)電機(jī)被越來越多的采用；盡管如此，在控制上還有很多問題需要解決。 本文主要以船舶電力推進(jìn)雙三相永磁推進(jìn)電機(jī)(兼顧三相永

2、磁同步電機(jī))為研究對象，對雙三相永磁同步電機(jī)DTC控制理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在合成磁鏈和獨立磁鏈兩種情況下，對雙三相永磁同步電機(jī)DTC控制方法進(jìn)行了研究。提出基于空間電壓矢量和滯環(huán)控制器的DTC控制算法和矩陣變換器供電的永磁同步電機(jī)DTC控制算法。永磁同步電機(jī)DTC控制，需要對定子磁鏈進(jìn)行估計，估計的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到控制成敗。而定子電阻變化、定子電壓電流測量引起的直流漂移，均對磁鏈準(zhǔn)確估計產(chǎn)生很大的影響。轉(zhuǎn)子磁鏈初始位置及極性判別，也是磁

3、鏈估計必須解決的問題。針對這些問題，分別提出了相應(yīng)的解決辦法。 本文主要工作和創(chuàng)新性成果包括： ◆對雙三相永磁同步電機(jī)DTC控制理論分兩種情況進(jìn)行了研究。第一，把兩個三相繞組產(chǎn)生的磁鏈?zhǔn)噶亢铣?，作為一個整體進(jìn)行研究，得到在MT坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩角的關(guān)系；第二，在適當(dāng)控制方式下，可以使得雙三相繞組產(chǎn)生磁鏈與d軸夾角(即轉(zhuǎn)矩角)相等，根據(jù)該假定，則分別以它們各自產(chǎn)生的磁鏈為研究對象，在MT坐標(biāo)系下得到它們轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩角之間的

4、關(guān)系。通過仿真實驗，表明雙三相永磁電機(jī)模型和DTC控制理論正確，具有重要理論意義和應(yīng)用價值。 ◆對基于空間電壓矢量的雙三相永磁同步電機(jī)DTC控制，提出了合成磁鏈控制法和獨立磁鏈控制法。兩臺逆變器輸出空間電壓矢量形成具有共同中心點四個正十二邊形，是合成磁鏈和獨立磁鏈算法基礎(chǔ)。合成 磁鏈控制法是屬于間接控制，沒有對每個磁鏈直接控制。與三相永磁同步電機(jī)相比，在額定磁鏈時，有更大地調(diào)速范圍和更快地響應(yīng)速度，但磁鏈具有直流漂移

5、傾向。對于獨立磁鏈控制方法，提出三種算法。 兩臺逆變器交替運行控制法：兩臺逆變器開通或關(guān)斷都是根據(jù)各自空間電壓正六邊形來控制的。在任意時刻，多數(shù)情況下，一個逆變器被連接到運動矢量上，而另一個被連接到零矢量上，因此由該逆變器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持不變。額定磁鏈下，電機(jī)不可能運行在很高的轉(zhuǎn)速，能得到最大轉(zhuǎn)速只有額定轉(zhuǎn)速一半。兩臺逆變器同時運行控制法：兩個逆變器同時連接到運動矢量上，兩磁鏈同時旋轉(zhuǎn)，并使合成磁鏈的幅值在參考值附近保持恒定，電機(jī)

6、可達(dá)到額定速度，但轉(zhuǎn)矩脈動比算法一要高。轉(zhuǎn)矩脈動可控法：采用轉(zhuǎn)矩脈動控制器，在大多數(shù)情況下，獨立磁通分量之間夾角被控制，兩磁鏈?zhǔn)噶靠瑟毩⒁苿?。無論是瞬時針或逆時針方向，都可選擇運動矢量來增加轉(zhuǎn)矩。但在低速時，該算法不能工作。若把上述三種方法結(jié)合來使用，則能獲得最佳控制效果。通過對在常規(guī)負(fù)載和螺旋槳性負(fù)載實驗和仿真，驗證了該方法的可行 性。對矩陣變換器在船舶電力推進(jìn)中應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究。在矩陣變換器供電下，提出了基于磁鏈參考矢量、

7、雙空間矢量和雙周期調(diào)制策略，雙周期調(diào)制法，把一個周期平均分為兩個相等周期，在兩個周期內(nèi)，四個運動矢量均使用。在輸入和輸出側(cè)，可以獲得更好地諧波性能。同時實現(xiàn)了矩陣變換器空間矢量調(diào)制和永磁同步電機(jī)DTC控制。在電機(jī)加減速、突加負(fù)載及四象限運行條件下，表現(xiàn)出快速、穩(wěn)定等良好的動態(tài)性能，仿真實驗驗證了組合控制策略的有效性和可行性。 在永磁同步電機(jī)DTC控制中，定子磁鏈估計準(zhǔn)確性關(guān)系到系統(tǒng)控制的成敗。針對定子電壓、電流檢測過程中直流漂移