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高压无换向器电机及其控制技术研究

杜海江  
【摘要】:本文以采用三相桥式电流型变换器的无换向器电机为研究对象,吸收近年来微电子和微处理器领域的最新技术成果,对无换向器电机控制系统的若干薄弱环节进行研究,并取得了一定成果。 通过分析有关有限状态机(FSM)的文献,设计了改进的有限状态机方法(IFSM),作为小型嵌入式系统的软件分析工具。IFSM 的分析结果可以很方便的转换为软件设计阶段的N-S 盒图,利用盒图编制软件可以保证软件的结构化并易于维护。在开发无换向器电机时,利用改进的有限状态机方法,不但分析设计了全程时域仿真模型,还利用盒图和C 语言,在实际装置中,实现了主控制器、转子位置检测器、晶闸管阀故障监测等软件。这些子系统功能不同,但具有相同的软件结构,维护和调试都很方便。 首先建立了无换向器电机的传递函数模型,对双闭环调速系统的控制器参数进行设计。然后以Matlab 软件提供的一套电力系统工具箱为基础,建立无换向器电机主回路模型,并利用Matlab 语言编制控制软件,将两者结合,建立了全范围动态过程的仿真模型,称之为全程时域仿真模型。最后利用此仿真平台,研究了电机低速断流运行特性,以及无换向器电机端电压的变化规律,为研究转子电气位置检测方法以及直流平波电抗器选型提供了理论依据。 为了解决高压无换向器电机相控整流器繁琐的安装调试问题,重新对相控技术进行了研究。根据三相变压器的接线组原理,揭示出电网不同等级电压的内在联系,而后对感性负载电压电流的相位关系进行分析。得出结论,可以把电网任一低压交流电源,如控制回路的供电电源,作为同步信号源,利用软件方法推算出整流器交流侧电源的相序相位关系,最终形成一套相序相位自动识别算法,并应用到无换向器电机控制系统中。该方法不需要高压电压互感器,降低了装置成本,并大大简化了相控整流器的调试过程。 由于电机转速从零速到额定转速宽范围调节,电机端电压幅值和频率变化非常大,波形也严重畸变,所以全程式的转子电气位置检测器很受重视,但这一问题始终没有很好地解决。无换向器电机在低速时段,一直沿用机械式(如光电式)转子位置检测器,高速时段才切换为电气位置检测器。本文利用一系列特别设计的方法,解决了转子位置从零速到额定转速的检测问题,并且只使用定子侧的三相电压为观测量,可称为全程式转子电气位置检测器。该检测方法与电机极对数无关而且可以实现电机全程闭环控制,在实验电机上获得了良好效果。


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