电励磁同步电动机调速系统研究

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1、硕士学位论文电励磁同步电动机调速系统研究ResearchonSpeedControlSystemofElectricallyExcitedSynchronousMotor作者：朱茂森导师：伍小杰教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TM341学校代码10290UDC623.1密级公开中国矿业大学工学硕士学位论文电励磁同步电动机调速系统研究ResearchonSpeedControlSystemofElectricallyExcitedSynchronousMotor作者朱茂森导师伍小杰申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向交流调速答辩委员会主席郝

2、继飞评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生朱茂森在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在我的导师伍小杰教授悉心指导下完成的。师从三载，伍老师对我学习、生活和工作上的关心和帮助，让我难以忘怀，同时伍老师严谨的治学态度、渊博的知识以及不辞劳苦的精神，使我受益匪浅，对我以后的工作和学习产生了深远的影响。在此谨向我的导师表示衷心的感谢。感谢戴鹏教授、周娟教

3、授、夏晨阳副教授、于月森副教授、王颖杰老师和耿乙文老师，在三年内对我的关怀和指导。感谢袁庆庆博士、张金科博士和公铮博士，自进入电力电子与矿山监控研究所同步机课题组以来，他们在课题研究期间给我积极的建议，提供了无私的鼓励与帮助，前进的道路上成为我学习的榜样。感谢课题组的苗文彬、王钊、吴强、吴斌、张婷婷、赵明龙、吕彦、石祥龙、彭坤、郭国胜、朱信威、徐楠及於静等同学，从实验平台设计、搭建、实验程序调试到论文的检查，他们都给予了我莫大的帮助；感谢204b实验室各位老师和同学，给了我一个良好的学习环境。感谢父母对我多年的养育之恩和多年来对我的默默支持，我将用我的一生去回报，去

4、感恩！最后，向百忙之中参与论文评审和答辩工作的所有老师表示由衷的感谢！摘要随着现代电力电子技术的成熟、微机控制技术与大规模集成电路的发展，电励磁同步电动机因其工作效率高、过载能力强和功率因数可调等优点在电力拖动领域内被广泛使用。本文以电励磁同步电动机作为研究对象，对基于气隙磁链定向的矢量控制系统、状态观测器等进行分析与研究。本文使用三电平NPC电压源型交-直-交变频器驱动电励磁同步电动机，对三电平逆变器的拓扑原理及实现方法进行研究，并对三电平逆变器输出的阶梯波电压进行重构。针对NPC电压源型三电平逆变器中点电位不平衡问题，分析其不平衡原因，给出一种基于改变正负小矢量

5、作用时间从而实现中点电位平衡的控制方法。本文以坐标变换和矢量控制理论为依托，推导电励磁同步电动机在静止坐标系和旋转坐标系下的数学模型，分析和研究电励磁同步电动机气隙磁链定向的基本原理。采用典型I型系统和典型II型系统对基于气隙磁链定向的控制系统的转速闭环和磁链闭环分别进行传递函数推导与控制器参数设计，对解耦前和解耦后的MT轴定子电流环进行重点研究。并通过搭建仿真模型，对所设计的各个环节进行仿真验证和分析。磁链的准确获取是电动机矢量控制和速度观测的核心之一，本文结合现代控制理论相关知识与电励磁同步电动机数学模型给出状态磁链观测器，并对降阶磁链观测器和全阶磁链观测器进行

6、研究，两者均是使用状态重构的方法对电动机磁链进行观测。将状态磁链观测器与模型参考自适应法相结合给出一种基于状态磁链观测器的模型参考自适应法，该方法以模型参考自适应原理为基础，以电动机自身参数作为参考模型并以状态观测器作为可调模型，从而实现电励磁同步电动机的转速辨识。最后基于实验室现有资源，搭建了基于三电平NPC电压源型交-直-交变频器的电励磁同步电动机调速系统实验平台，完成主电路器件的选型和程序的编写，并对相关理论进行实验验证。关键词：电励磁同步电动机；三电平逆变器；矢量控制系统；气隙磁链定向；状态观测器IAbstractWiththedevelopmentofmo

7、dernpowerelectronicstechnology,microcomputercontroltechnologyandlarge-scaleintegratedcircuits.Electricallyexcitedsynchronousmotoriswidelyappliedinthefieldofelectricdrive,becauseofitsadvantagesofhighefficiency,strongoverloadcapabilityandadjustablepowerfactorThisthesistakesthespeedcont