【摘 要】
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与三相驱动系统相比多相永磁同步电动机在舰船电力推进方面具有转矩脉动低、控制自由度多、易于在低压供电情况下实现大功率拖动等优势。同时由于舰船推进系统惯性大,对调速系统的动态响应要求不高,使得其开环控制成为了可能。本文以船用大容量九相永磁同步电动机为目标电机,用小样机作为具体研究对象,其除容量按比例大为缩小外,结构形式与实际大容量电机基本一致。针对所研究电机在采用开环控制时因转子阻尼不足、造成电机起动
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与三相驱动系统相比多相永磁同步电动机在舰船电力推进方面具有转矩脉动低、控制自由度多、易于在低压供电情况下实现大功率拖动等优势。同时由于舰船推进系统惯性大,对调速系统的动态响应要求不高,使得其开环控制成为了可能。本文以船用大容量九相永磁同步电动机为目标电机,用小样机作为具体研究对象,其除容量按比例大为缩小外,结构形式与实际大容量电机基本一致。针对所研究电机在采用开环控制时因转子阻尼不足、造成电机起动及带载运行时的转速振荡问题,采用电机瞬时有功功率提供频率反馈量,用以增加转子阻尼,改善了九相永磁同步电动机的开环控制性能。首先,本文根据九相永磁同步电动机的绕组分布形式,推导了电机绕组在半对称分布情况下的扩展变换矩阵,随后分别建立了所研究电动机在自然坐标系下与旋转坐标系下的数学模型。分析了电机各谐波平面的基本构成及控制作用,同时列写了九相永磁同步电动机基于旋转坐标系下的电压、磁链、转矩及运动方程,作为下一步分析开环控制系统稳定性的基础。其次,分别对九相永磁同步电动机在V/F控制以及I/F控制两种开环控制策略的基本控制原理进行了阐述,在电机基波坐标平面中建立了电机开环控制状态下的转子小扰动模型。在两种开环控制方法下,分析了电机因转子系统阻尼不足而产生的不稳定问题,推导了开环V/F控制方法下系统状态方程,采用系统特征根法并通过实部变化曲线分析电机稳定特性。随后,为提高九相永磁同步电动机在开环控制状态下运行的稳定性,在传统开环控制基础上,根据频率反馈量与电机输入瞬时有功功率扰动量的比例关系,增加了反馈调制环节以增强转子阻尼,消除了电机在起动过程及受到负载冲击时的转速波动,从而实现电机宽频率范围内的开环稳定运行。最终,为验证该开环控制方案的实际控制效果,利用现有九相永磁同步电动机样机实验平台,编写了本文所需的控制算法实验程序,并对电机的开环控制系统进行调试与实验。实验结果表明,本文所采用基于频率反馈的九相永磁同步电动机开环控制方案能有效改善电机的开环运行稳定性。
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