用于風(fēng)電獨(dú)立變槳的PMSM設(shè)計(jì)與控制研究

【摘要】：隨著國(guó)家能源安全利用和可再生能源技術(shù)不斷發(fā)展，風(fēng)電大規(guī)模利用已經(jīng)在世界范圍形成熱點(diǎn)，兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟且風(fēng)力資源的利用率也越來(lái)越高，正從陸上向海上發(fā)展。實(shí)際風(fēng)場(chǎng)受到環(huán)境氣候和地形地貌影響，風(fēng)速是不均勻分布的，而且可能超過(guò)額定風(fēng)速甚至達(dá)到陣風(fēng)，這對(duì)風(fēng)機(jī)葉片會(huì)造成很大的沖擊，為保證槳葉能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行并充分利用風(fēng)能，兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)均采用變槳控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝在風(fēng)機(jī)輪轂內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片節(jié)距角來(lái)改變槳葉迎風(fēng)受力分布情況，使得風(fēng)機(jī)捕獲理想的風(fēng)功率。然而，葉片統(tǒng)一變槳方法不能對(duì)不均勻分布風(fēng)速達(dá)到最佳風(fēng)功率捕獲，而液壓變槳系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，為此提出了電動(dòng)獨(dú)立變槳系統(tǒng)，即每個(gè)槳葉用一個(gè)永磁同步電機(jī)和減速齒輪箱實(shí)現(xiàn)電力電子伺服驅(qū)動(dòng)控制。 本文根據(jù)自然科學(xué)基金項(xiàng)目大型風(fēng)機(jī)異步變槳技術(shù)的研究（50907040）研究兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)電動(dòng)獨(dú)立變槳系統(tǒng)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)和控制。針對(duì)用于獨(dú)立變槳伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速運(yùn)行特性范圍寬廣，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電源電壓波動(dòng)范圍大的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，并采用了簡(jiǎn)單有效的控制策略。電機(jī)設(shè)計(jì)性能和參數(shù)，借助于Ansoft軟件進(jìn)行二維有限元分析計(jì)算，獲得不同負(fù)載工況下電機(jī)的磁場(chǎng)分布，保證所設(shè)計(jì)電機(jī)的性能能夠符合獨(dú)立變槳系統(tǒng)的要求。 在此基礎(chǔ)上采用SVPWM控制方法對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和仿真分析。根據(jù)仿真結(jié)果搭建了獨(dú)立變槳伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：包括DSP軟件、IGBT功率驅(qū)動(dòng)模塊、獨(dú)立供電電源和磁粉測(cè)功機(jī)負(fù)載等，驗(yàn)證了所提出獨(dú)立變槳系統(tǒng)的控制策略，獲得了不同負(fù)載情況下電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為風(fēng)電機(jī)組電動(dòng)變槳距系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境條件下可靠運(yùn)行提供了依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：電動(dòng)獨(dú)立變槳 永磁同步電機(jī) 伺服驅(qū)動(dòng)器 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM341
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 課題背景和研究意義9-11
• 1.1.1 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電變槳系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2 風(fēng)機(jī)電動(dòng)變槳系統(tǒng)11-14
• 1.2.1 風(fēng)機(jī)電動(dòng)變槳系統(tǒng)簡(jiǎn)介11-12
• 1.2.2 風(fēng)機(jī)電動(dòng)變槳系統(tǒng)控制原理12-13
• 1.2.3 風(fēng)機(jī)電動(dòng)變槳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13-14
• 1.3 本章小結(jié)14-16
• 第二章 永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)16-30
• 2.1 PMSM 簡(jiǎn)介16-18
• 2.2 PMSM 的發(fā)展及研究現(xiàn)狀18-20
• 2.3 永磁同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能20-22
• 2.4 PMSM 的額定數(shù)據(jù)和主要尺寸計(jì)算分析22-28
• 2.4.1 定子繞組尺寸選擇23-24
• 2.4.2 定子繞組24-26
• 2.4.3 氣隙長(zhǎng)度δ26
• 2.4.4 永磁體尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-27
• 2.4.5 永磁材料的選擇27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 第三章 PMSM 二維有限元的建模與仿真30-42
• 3.1 基于 Ansoft 的有限元分析30-32
• 3.1.1 有限元計(jì)算方法30-32
• 3.2 基于 Ansoft 軟件的有限元建模分析32-41
• 3.2.1 磁路參數(shù)計(jì)算33-35
• 3.2.2 空載情況下的電磁場(chǎng)分析35-36
• 3.2.3 負(fù)載情況下的電磁場(chǎng)分析36-40
• 3.2.4 交直軸電樞反應(yīng)電感和電抗40-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 PMSM 的控制策略42-69
• 4.1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型42-47
• 4.1.1 三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型43-44
• 4.1.2 兩相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型44-46
• 4.1.3 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型46-47
• 4.2 PMSM 參數(shù)辨識(shí)47-54
• 4.2.1 電阻辨識(shí)47-48
• 4.2.2 電感辨識(shí)48-50
• 4.2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的辨識(shí)50-52
• 4.2.4 永磁體磁鏈辨識(shí)52-54
• 4.3 永磁同步電機(jī)的控制策略54-59
• 4.3.1 恒壓頻比控制54-55
• 4.3.2 直接轉(zhuǎn)矩控制55
• 4.3.3 矢量控制55-59
• 4.4 空間電壓矢量脈寬調(diào)制59-65
• 4.4.1 空間矢量調(diào)制的原理59-63
• 4.4.2 空間矢量脈寬調(diào)制的步驟63-65
• 4.5 SVPWM 控制的 SIMUlink 仿真分析65-67
• 4.6 本章小結(jié)67-69
• 第五章 PMSM 電動(dòng)變槳伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)69-79
• 5.1 PMSM 電動(dòng)變槳伺服驅(qū)動(dòng)器整體模塊設(shè)計(jì)69-70
• 5.2 伺服驅(qū)動(dòng)器的硬件電路設(shè)計(jì)70-76
• 5.2.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)71-73
• 5.2.2 模擬量采集模塊設(shè)計(jì)73-76
• 5.3 PMSM 電動(dòng)變槳伺服驅(qū)動(dòng)器軟件設(shè)計(jì)76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 第六章 設(shè)計(jì)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)波形分析79-87
• 6.1 變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)79-80
• 6.2 負(fù)載測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)80-82
• 6.3 測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析82-86
• 6.4 本章小結(jié)86-87
• 第七章 總結(jié)與展望87-89
• 7.1 總結(jié)87-88
• 7.2 展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-92
• 致謝92-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文93-94
• 附件94-96

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