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双三相永磁同步电机直接转矩控制的研究

王铭  
【摘要】: 多相永磁同步电机变频调速系统最大的优势就是其高可靠性,这个优点使得它在电气传动领域成为研究的重点。目前,多相永磁同步电机的应用侧重于军事以及高可靠性、大功率的场合。直接转矩控制是继矢量控制之后被研究学者普遍看好的一种高性能交流驱动控制方式,直接转矩控制最初是针对感应电机提出的,后来这种控制思想逐渐应用到永磁同步电机控制上,尤其是近年来在多相永磁同步电机控制系统中也出现了直接转矩控制的身影,使得多相永磁同步电机的控制策略研究迈上了一个新的台阶。 本文首先对双三相永磁同步电机及其相关技术的发展、现状和趋势做一个全面的阐述。给出了六相静止坐标系下双三相永磁同步电机的数学模型。介绍了电压矢量空间解耦理论,利用坐标变换理论,实现了将六维空间的数学模型向以永磁磁链Ψf为直轴的两相旋转坐标系下的数学模型变换。 其次,详细阐述了双三相永磁同步电机直接转矩控制系统的实现原理,介绍了系统的模块结构和各模块的功能。对于双三相永磁同步电机直接转矩控制,提出了一些创新性的理论成果,其中包括对空间电压矢量的选择和分析,最佳开关表的确定,以及零电压矢量开关表的提出。在参照大量文献的基础上,给出了控制系统其他模块的实现方法和某些问题的解决办法。设计了基于低通滤波器串联补偿的磁链估计器,较好地解决了因直流漂移而引起的磁链估计偏差问题。给出了定子磁链幅值的选择和负载角限制问题的解决算法。在此基础上,提出了一套双三相永磁同步电机直接转矩控制的具体实施方案,并根据这套方案建立了基于Simulink (Matlab)的仿真模型,对提出的控制方案进行了仿真分析。实验结果验证了该方案在理论上的可行性。 最后,给出了控制系统的部分硬件电路和软件算法,设计研制了一套基于DSP的双三相永磁同步电机直接转矩控制实验系统,进行了电机运行实验,实验结果达到了预期的要求,同时也验证了理论的正确性和实用性。 本论文开展了继感应电机和三相永磁同步电机之后对双三相永磁同步电机实现直接转矩控制的探索性研究工作,得出了一些有意义的经验和结论,为多相永磁同步电机驱动系统的进一步研究和推广提供了参考。


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