采用永磁同步電機(jī)的船舶推進(jìn)系統(tǒng)的研究.pdf

1、電力推進(jìn)作為一種新型的推進(jìn)系統(tǒng)，在船舶推進(jìn)中的比重逐年擴(kuò)大。電力拖動(dòng)系統(tǒng)自身的一些特點(diǎn)使得電力推進(jìn)船舶有一些與眾不同的優(yōu)越性： 1．操作更加靈活。 2．與其它用電設(shè)備形成綜合全電力系統(tǒng)提高能源利用率。 3．采用同步電機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)還可以提高船舶電網(wǎng)的功率因數(shù)。 4．減速過程動(dòng)能可以自動(dòng)反饋回電網(wǎng)，迅速被吸收，提高急停效果。 在控制方面，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和大功率電子器件的問世，電動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、

2、變流技術(shù)、控制理論和控制手段的發(fā)展等解決了永磁同步電動(dòng)機(jī)原來的一些缺點(diǎn)。比如啟動(dòng)采用逐漸升高頻率的方法，取消了原來的啟動(dòng)繞組；以前在重載時(shí)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)子落后同步轉(zhuǎn)速角度太多導(dǎo)致的失步現(xiàn)象，現(xiàn)在由于采用轉(zhuǎn)速和頻率的閉環(huán)控制也可以得到很好的解決。對(duì)于在天氣和海況都瞬息萬變的船舶推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說優(yōu)點(diǎn)尤為明顯。 永磁同步電機(jī)的控制方法主要有如下幾種：開環(huán)V／Hz控制，實(shí)現(xiàn)方法上最簡單，但負(fù)載和速度指令不能突然變化，一般用于不要求快速動(dòng)態(tài)

3、響應(yīng)的負(fù)載如泵類和風(fēng)機(jī)等；弱磁控制，多在速度較高時(shí)使用，在船舶推進(jìn)上應(yīng)用場(chǎng)合比較少；直接轉(zhuǎn)矩控制，這是另一種實(shí)現(xiàn)起來比較簡單的控制方法，它借助于Bang-Bang控制調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，在功率較大的永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制時(shí)，可以節(jié)省逆變器的容量，降低制造成本；矢量控制，矢量控制對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流矢量相位和幅值的控制。通過對(duì)給定信號(hào)實(shí)施Clarke變換和Park變換轉(zhuǎn)化為類似于直流電機(jī)的控制思路。Clarke變

4、換和Park變換及相應(yīng)的逆變換都可以通過DSP方便地編程實(shí)現(xiàn)。 這些控制方法優(yōu)缺點(diǎn)各有不同，文中進(jìn)行了分析，認(rèn)為矢量控制是控制效果相對(duì)而言較好的一種方法，也易于實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)永磁同步電機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行分析和比較，通過DSP、光電編碼器、測(cè)溫器件、測(cè)電壓和測(cè)電流器件等的結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于永磁同步電機(jī)的船舶推進(jìn)控制系統(tǒng)。利用DSP的強(qiáng)大計(jì)算功能，輕松地實(shí)現(xiàn)了Clarke變換和Park變換等較為復(fù)雜的高級(jí)算法；編制了DSP匯編

5、語言軟件代碼，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的算法和功能；利用永磁同步電動(dòng)機(jī)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)；分析了船舶水動(dòng)力特性、槳體推進(jìn)的特點(diǎn)，對(duì)船機(jī)槳特性進(jìn)行了研究和總結(jié)；計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以起到重要的指導(dǎo)作用本文對(duì)永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的Matlab軟件下的仿真進(jìn)行了設(shè)計(jì)和探討，并給出了實(shí)現(xiàn)方法，給出了仿真效果。 實(shí)驗(yàn)證明，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320LF2407A，通過相關(guān)模擬電路的配合，可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制的數(shù)字化處理，滿足永磁同步電機(jī)