同步电动机励磁节能控制的研究

【摘要】：同步电动机具有功率因数可调、转速恒定等优点从而被广泛应用在工农业生产中，同时励磁系统是同步电动机的重要组成部分，直接影响其运行特性。因此同步电动机的励磁装置对提高功率因数，节约能源起着至关重要的作用。 本文首先建立同步电动机和励磁系统的数学模型，阐述了同步电动机的节能特性并对同步电动机的节能因素进行了分析，详细研究了同步电动机起动及运行时的励磁调节，分析了晶闸管整流电路的实现及存在的问题，同时阐述了IGBT空间矢量法在整流电路中应用的可能性，并具体分析了其数学模型及公式的推导。其次在MATLAB仿真环境下对同步电动机的异步起动及励磁系统进行了仿真实验，分析了在变负载和变励磁电压下同步电动机功率因数的改变，对恒功率因数闭环控制的晶闸管整流电路及恒励磁电压控制的IGBT整流电路进行了仿真比较，同时建立了PID和AVR+PSS励磁控制系统的仿真模型。最后实验测得同步电动机的V形曲线，在MATLAB环境下对其进行拟合，在DSPTMS320LF2812芯片为控制核心的实验平台下对晶闸管整流电路的同步电动机的励磁系统进行调试验证，分析实验数据得出同步电动机的节能效果。 仿真结果及实验结果表明：改变同步电动机的负载和励磁电压可以改变电动机的功率因数达到节能的效果；IGBT整流励磁系统比晶闸管整流励磁系统的响应速度更快、调节更加灵敏、控制性能更加优良，同时PWM整流的网侧电流为正弦波可以运行在单位功率因数下，交流侧电流的谐波含量小，从而达到更好的节能效果。 【关键词】：同步电动机节能 励磁控制 异步起动 整流 空间矢量法
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 本文研究的背景和意义8
• 1.2 同步电动机励磁系统的作用及发展概况8-11
• 1.2.1 同步电动机励磁系统的作用8-9
• 1.2.2 同步电动机励磁控制系统的发展趋势9-11
• 1.3 本课题的研究现状11-12
• 1.3.1 电动机节能特性的研究现状11
• 1.3.2 同步电动机起动方式的研究现状11-12
• 1.3.3 励磁控制系统中整流电路的研究现状12
• 1.4 本课题研究的工作12-14
• 2 同步电动机励磁系统数学模型14-20
• 2.1 同步电动机的基本方程14-16
• 2.1.1 同步电动机在 dq0 坐标系统中的基本方程14-16
• 2.2 励磁系统模型16-19
• 2.2.1 励磁控制方式（PID）数学模型16-17
• 2.2.2 励磁控制方式(AVR+PSS)数学模型17-18
• 2.2.3 励磁控制系统传递函数数学模型18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 3 同步电动机的节能特性20-28
• 3.1 同步电动机的节能因素分析20-21
• 3.2 同步电动机改善功率因数的基本原理21-24
• 3.2.1 同步电动机无功功率的调节21-22
• 3.2.2 同步电动机的 V 形曲线22-24
• 3.3 同步电动机的励磁调节24-27
• 3.3.1 同步电动机异步起动过程的励磁调节24-25
• 3.3.2 同步电动机运行时励磁电流控制25-27
• 3.4 本章小结27-28
• 4 同步电动机励磁系统模型的建立28-38
• 4.1 同步电动机励磁系统的构成及其控制原理28-30
• 4.1.1 同步电动机励磁系统的构成28
• 4.1.2 同步电动机励磁系统的控制原理28-30
• 4.2 励磁系统两种整流电路30-33
• 4.2.1 三相桥式全控整流电路30-31
• 4.2.2 三相电压型 PWM 整流电路31-33
• 4.3 三相电压型空间矢量控制算法的实现33-37
• 4.3.1 三相 VSR 空间电压矢量分布34
• 4.3.2 空间电压矢量合成34-36
• 4.3.3 电压 V 所在扇区的判断36
• 4.3.4 开关相邻两矢量作用时间的确定36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 5 基于 MATLAB 同步电动机励磁系统的仿真38-53
• 5.1 基于 MATLAB 的同步电动机运行特性仿真38-41
• 5.1.1 同步电动机异步起动仿真模型及参数设置38-39
• 5.1.2 同步电动机异步起动的仿真39-40
• 5.1.3 同步电动机功率因数的仿真40-41
• 5.2 励磁系统整流电路的仿真41-47
• 5.2.1 三相桥式全控整流电路的仿真模型及参数设置41-42
• 5.2.2 三相桥式全控整流电路的仿真42-44
• 5.2.3 三相电压型 PWM 整流电路的仿真模型及参数设置44-45
• 5.2.4 三相电压型 PWM 整流电路的仿真45-47
• 5.3 同步电动机励磁系统的仿真47-49
• 5.4 同步电动机励磁控制方式的仿真模型49-52
• 5.4.1 常规 PID 励磁控制方法仿真模型49-50
• 5.4.2 AVR+PSS 励磁控制方式仿真模型50-52
• 5.5 本章小结52-53
• 6 试验调试分析53-65
• 6.1 同步电动机励磁装置电路调试53-63
• 6.1.1 信号调理电路的调试53-54
• 6.1.2 同步检测电路的调试54-55
• 6.1.3 六路 PWM 波形发生的调试55-56
• 6.1.4 同步电动机励磁系统联机调试56
• 6.1.5 同步电动机 V 形曲线测定56-63
• 6.2 试验过程遇到的问题63-64
• 6.2.1 变压器励磁涌流63
• 6.2.2 低电压触发晶闸管63-64
• 6.2.3 同步电动机功率因数抖动64
• 6.3 同步电动机节能效果分析64
• 6.4 本章小结64-65
• 7 总结与展望65-67
• 7.1 研究结果总结65
• 7.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70
• 附录70-72
• 附录一 硬件系统总体实物照片70-72
• 附录二 攻读学位期间发表的论文72

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