船舶電力推進(jìn)雙三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(lái)，達(dá)到了空前的繁榮?，F(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(yùn)行特性和驅(qū)動(dòng)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(lái)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(lái)越多的采用；盡管如此，在控制上還有很多問(wèn)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(duì)象，對(duì)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(dú)立磁鏈兩種情況下，對(duì)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(duì)定子磁鏈進(jìn)行估計(jì)，估計(jì)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(cè)量引起的直流漂移，均對(duì)磁鏈準(zhǔn)確估計(jì)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(jì)必須解決的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)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(duì)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(gè)三相繞組產(chǎn)生的磁鏈?zhǔn)噶亢铣?，作為一個(gè)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(duì)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(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，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(jià)值。 ◆對(duì)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(dú)立磁鏈控制法。兩臺(tái)逆變器輸出空間電壓矢量形成具有共同中心點(diǎn)四個(gè)正十二邊形，是合成磁鏈和獨(dú)立磁鏈算法基礎(chǔ)。合成 磁鏈控制法是屬于間接控制，沒(méi)有對(duì)每個(gè)磁鏈直接控制。與三相永磁同步電機(jī)相比，在額定磁鏈時(shí)，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(duì)于獨(dú)立磁鏈控制方法，提出三種算法。 兩臺(tái)逆變器交替運(yùn)行控制法：兩臺(tái)逆變器開(kāi)通或關(guān)斷都是根據(jù)各自空間電壓正六邊形來(lái)控制的。在任意時(shí)刻，多數(shù)情況下，一個(gè)逆變器被連接到運(yùn)動(dòng)矢量上，而另一個(gè)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(yùn)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(tái)逆變器同時(shí)運(yùn)行控制法：兩個(gè)逆變器同時(shí)連接到運(yùn)動(dòng)矢量上，兩磁鏈同時(shí)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(dòng)比算法一要高。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可控法：采用轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制器，在大多數(shù)情況下，獨(dú)立磁通分量之間夾角被控制，兩磁鏈?zhǔn)噶靠瑟?dú)立移動(dòng)。無(wú)論是瞬時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较?，都可選擇運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)增加轉(zhuǎn)矩。但在低速時(shí)，該算法不能工作。若把上述三種方法結(jié)合來(lái)使用，則能獲得最佳控制效果。通過(guò)對(duì)在常規(guī)負(fù)載和螺旋槳性負(fù)載實(shí)驗(yàn)和仿真，驗(yàn)證了該方法的可行 性。對(duì)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(gè)周期平均分為兩個(gè)相等周期，在兩個(gè)周期內(nèi)，四個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)實(shí)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(yùn)行條件下，表現(xiàn)出快速、穩(wěn)定等良好的動(dòng)態(tài)性能，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jì)準(zhǔn)確性關(guān)系到系統(tǒng)控制的成敗。針對(duì)定子電壓、電流檢測(cè)過(guò)程中直流漂移