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双馈电机双逆变器控制系统研究

韩天成  
【摘要】:随着电力传动和电力电子技术的不断发展,交流调速系统已取代直流调速系统成为工业生产和社会生活主要的传动方式。双馈电机作为一种特殊的异步电机,具有控制简单、调速范围宽、能量方便回馈等优点,应用在调速系统上具有巨大的潜力。本文在参阅了大量资料的基础上,研究了一种双馈电机双逆变器控制系统。该控制系统具有调速范围宽、定转子逆变器承担功率灵活可调、两逆变器互为备用,系统安全稳定性高等特点,适用于电动汽车等需要宽调速范围及高安全稳定性的场合。双馈电机为高阶、多变量、非线性系统,本文在研究双逆变器控制系统之前,首先对双馈电机的数学模型进行了详细的分析,并分别给出了双馈电机在两相同步旋转和静止坐标系下的数学模型。为减小双馈电机启动过程中的冲击电流,研究了基于定子磁链定向的转子初始位置角的观测方法,并推导了其表达式。深入分析了双馈电机双逆变器控制系统的原理。为实现定转子电流的独立控制和两逆变器功率的灵活可调,提出一种定转子逆变器双电流环控制策略;为进一步提高系统调速范围,进行了磁链控制器的设计。恒转矩控制时使系统在最大转矩电流比的状态下运行,恒功率控制时弱磁运行;为提高系统的安全可靠性,给出了双馈电机的单逆变器运行策略,使系统在发生单一逆变器故障时仍可稳定运行;研究了一种适用于双逆变器控制系统的转子初始位置角观测方法,有效减小了启动过程中的冲击电流;搭建了双逆变器系统的Matlab/Simulink仿真模型,对系统的宽调速范围、逆变器功率灵活可调、两逆变器互为备用等特性进行了验证,证明了策略的有效性。双馈电机的定转子侧电压电流均方便观测,为无速度传感器控制策略的设计提供了便利。本文比较了基于直接检测量的开环观测方案、基于定子电流的闭环控制方案和基于定子磁链的参考模型自适应速度观测方案优缺点,提出了基于定子磁链参考模型自适应的双逆变器无速度观测方案,并进行了其自适应律的推导。该方案能够对观测的转速误差进行修正,观测效果好,从而能够获得准确的速度信息,提高了调速系统的鲁棒性和可靠性。最后搭建了双馈电机双逆变器调速系统的实验平台,对上文所述的控制系统进行了验证。


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