六相交流感應(yīng)電機(jī)新穎控制策略研究

前言

　　在過去的20年里，大功率電子器件和大功率、低成本微處理器的發(fā)展以及現(xiàn)代交流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，大大推動(dòng)了交流調(diào)速的飛速發(fā)展。電力電子器件額定電壓和額定電流的限制使得多相感應(yīng)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，因?yàn)檫@樣可實(shí)現(xiàn)低壓功率器件驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)。多相感應(yīng)電機(jī)目前主要應(yīng)用于軍事、航天、艦船推進(jìn)等大功率傳動(dòng)上。與三相電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)相比，多相感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)具有以下突出的優(yōu)勢：傳動(dòng)系統(tǒng)整體可靠性高。采用多相冗余結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)多相感應(yīng)電機(jī)的一個(gè)（或幾個(gè)）定子繞組開路或逆變器的一個(gè)（或幾個(gè)）橋臂開路故障時(shí)，不會(huì)影響傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行。調(diào)速具有更多的控制資源和潛能。采用多相逆變器供電，可大大改進(jìn)調(diào)速系統(tǒng)的性價(jià)比。可用低壓功率器件實(shí)現(xiàn)大功率傳動(dòng)，避免了由功率器件串聯(lián)帶來的靜、動(dòng)態(tài)不均壓問題。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率增加而脈動(dòng)幅值減少，使系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性得以改善，轉(zhuǎn)子諧波電流減小，諧波損耗下降。查閱相關(guān)文獻(xiàn)可發(fā)現(xiàn)，多相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的矢量控制實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)復(fù)雜，這主要因?yàn)槭噶靠刂菩枰獜?fù)雜的坐標(biāo)變換和準(zhǔn)確的磁鏈估計(jì)。為了解決這個(gè)問題，這里提出了一個(gè)關(guān)于六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的新穎電流控制方案。在這個(gè)控制方案中，通過在六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子側(cè)注入梯形波相電流，從而實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁磁場和轉(zhuǎn)矩磁場的直接控制而不需要復(fù)雜的派克變換。這些梯形波相電流波形在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的、近似于方波的磁通，從而在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出近似于方波的相電流，就像直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組電流。　　到目前為止，該六相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新穎控制原理，并沒有被提出和進(jìn)行研究，還沒有任何關(guān)于梯形波相電流的文獻(xiàn)信息。這就有必要對(duì)六相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究。

內(nèi)容概要

多相感應(yīng)電機(jī)是近幾年國際上掀起熱潮的一個(gè)國際前沿領(lǐng)域，對(duì)多相感應(yīng)電機(jī)的控制更是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。本書主要對(duì)六相感應(yīng)電機(jī)的性能進(jìn)行研究，通過在電機(jī)定子側(cè)注入特殊的梯形波相電流，把定子繞組分為勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)矩繞組，從而模擬直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁磁場和轉(zhuǎn)矩磁場的直接控制。利用有限元分析軟件和MATLAB仿真軟件，根據(jù)創(chuàng)建的六相感應(yīng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證了在梯形波相電流驅(qū)動(dòng)下小型（2kW）2極六相感應(yīng)電機(jī)性能。附錄中還詳細(xì)給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)裝配圖。    本書可作為高等院校自動(dòng)化、機(jī)電工程等專業(yè)的研究生以及從事電機(jī)電器性能研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

前言第1章　緒論　1.1　對(duì)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)　　1.1.1　傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)　　1.1.2　多相感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)　1.2　存在的問題　1.3　解決的方法第2章　多相感應(yīng)電機(jī)理論與控制　2.1　電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機(jī)理　　2.1.1　直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理　　2.1.2　感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理　　2.1.3　電磁轉(zhuǎn)矩方程表達(dá)形式　　2.1.4　總結(jié)　2.2　六相感應(yīng)電機(jī)及控制系統(tǒng)　　2.2.1　多相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)　　2.2.2　六相感應(yīng)電機(jī)的分類　　2.2.3　六相感應(yīng)電機(jī)的建?！　?.2.4　六相感應(yīng)電機(jī)的控制　2.3　結(jié)論第3章　梯形波相電流驅(qū)動(dòng)的六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理　3.1　引言　3.2　六相電流波形構(gòu)建　3.3　磁通密度分析　3.4　電磁轉(zhuǎn)矩分析　3.5　靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算　3.6　勵(lì)磁磁路分析　3.7　勵(lì)磁磁動(dòng)勢的時(shí)空諧波分析　　3.7.1　六相電流時(shí)間諧波分析　　3.7.2　僅考慮勵(lì)磁電流時(shí)磁動(dòng)勢諧波分析　3.8　定子電感計(jì)算　3.9　結(jié)束語第4章　六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的有限元分析　4.1　六相感應(yīng)電機(jī)有限元建?！?.2　氣隙磁通密度分析　　4.2.1　磁通密度幅值和勵(lì)磁電流的關(guān)系　　4.2.2　定子勵(lì)磁電流在不同時(shí)間的氣隙磁通密度波形　　4.2.3　轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子電流作用下的磁通密度分布　4.3　磁鏈平衡研究　　4.3.1　轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)矩電流激活相確定　　4.3.2　合成磁鏈計(jì)算　4.4　穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算　4.5　脈動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩分析　4.6　轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓　4.7　定子相電路建模　　4.7.1　轉(zhuǎn)子電流對(duì)定子磁鏈的影響　　4.7.2　單相等效電路的進(jìn)一步研究　4.8　參數(shù)的確定　　4.8.1　自感系數(shù)的計(jì)算　　4.8.2　開槽氣隙電壓常數(shù)　4.9　定子相感應(yīng)電壓的研究　4.10　結(jié)束語第5章　六相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的MATLAB仿真　5.1　六相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型創(chuàng)建　　5.1.1　PI速度調(diào)節(jié)器　　5.1.2　同步位置及其速度計(jì)算模塊　　5.1.3　六相電流波形發(fā)生器　……第6章　六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究第7章　結(jié)論和建議附錄A 六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)說明附錄B 定子轉(zhuǎn)短電流和電子電流的計(jì)算附錄C 六相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的尺寸及勵(lì)磁電流計(jì)算附錄D 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配置參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　在眾多類型的電機(jī)中，感應(yīng)電機(jī)一直受到人們的青睞。工業(yè)上使用的驅(qū)動(dòng)器至少90％是采用感應(yīng)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的。為什么感應(yīng)電機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用如此受歡迎呢？主要是感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、制造成本低、維護(hù)容易、壽命長。這些原因使得感應(yīng)電機(jī)相對(duì)于直流電機(jī)和其他交流電機(jī)來說，在工業(yè)設(shè)備中更受到人們的歡迎。　　1.1　對(duì)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)　　調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本功能是通過電機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。電機(jī)的輸出性能主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速上。在實(shí)際調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速中的任何一個(gè)都可被控制，即轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)是轉(zhuǎn)矩控制模式時(shí)，轉(zhuǎn)速的大小由負(fù)載決定。同樣，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速控制模式時(shí)，轉(zhuǎn)矩的大小由負(fù)載決定?！　?.1.1　傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)　　最初，直流電機(jī)被廣泛用于調(diào)速系統(tǒng)中，主要是因?yàn)槠鋭?lì)磁磁通和轉(zhuǎn)矩能夠獨(dú)立控制，且其電磁轉(zhuǎn)矩和電樞電流呈線性關(guān)系。因此，很容易得到理想的速度和位置輸出性能。但是，直流電機(jī)也由于其換向器和電刷的存在，使應(yīng)用范圍受到限制。首先，換向器和電刷需要定期維護(hù)；其次，換向器產(chǎn)生的火花使得直流電機(jī)不能用于易燃、易爆環(huán)境；最后，直流電機(jī)的換向器和電刷的機(jī)械接觸限制了直流電機(jī)不能高速運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，對(duì)于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的感應(yīng)電機(jī)來講，它可以克服這些缺點(diǎn)。與同功率的直流電機(jī)相比，感應(yīng)電機(jī)的體積較小且具有較大的轉(zhuǎn)矩輸出，由于其重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，因此，目前很多學(xué)者都將注意力集中在模擬直流調(diào)速來實(shí)現(xiàn)交流調(diào)速上。交流調(diào)速經(jīng)歷了標(biāo)量控制和矢量控制兩個(gè)大的發(fā)展階段。

編輯推薦

　　《六相交流感應(yīng)電機(jī)新穎控制策略研究》　　South Africa National Research Foundation資助項(xiàng)目　　河南省國際合作科研基金資助項(xiàng)目　　河南理工大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目　　河南省高等學(xué)?？刂乒こ讨攸c(diǎn)學(xué)科開放實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目

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