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槽配合及定子绕组型式对五相异步电动机性能影响研究

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槽配合及定子绕组型式对五相异步电动机性能影响研究

作者：常存存哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

多相异步电机凭借低压功率器件实现大功率输出、容错能力强以及转矩脉动小等特点,适用于舰船推进以及航空航天等场合。然而,作为一种新技术,随着电动机相数的增多,控制的难度随之增加,且桥臂过多容易造成成本的增加等因素限制了其发展,... 详细信息

多相异步电机凭借低压功率器件实现大功率输出、容错能力强以及转矩脉动小等特点,适用于舰船推进以及航空航天等场合。然而,作为一种新技术,随着电动机相数的增多,控制的难度随之增加,且桥臂过多容易造成成本的增加等因素限制了其发展,而五相电动机不但具备多相电机的优点,又避免了相数过多带来的危害,在压裂泵上得到了广泛使用。本文主要针对五相电动机,研究其槽配合以及绕组型式等设计中的关键问题对电机的性能影响。首先研究了槽配合的影响。以星形绕组为例,确定40/28、40/30、40/32、40/34等定子槽数相同转子槽数不同配合下径向电磁力随着时间与空间的变化情况、转矩脉动、起动性能以及效率和功率因数等指标,发现定子40槽,转子34槽时五相异步电动机性能综合最佳。其次在40/34槽配合下,分析单一绕组（星形、五边形、五角星）的谐波分布,给出了星形-五边形、星形-五角星和五角星-星形等三种复合绕组,并对比正常运行状态下电机的起动性能、转矩脉动、空载气隙磁密、效率和功率因数。发现在正常运行状态下,星形-五边形复合绕组在三种复合绕组中性能最优;开路状态下（一相开路、相邻两相开路、不相邻两相开路）将单一绕组中五边形绕组和三种复合绕组相比较,得出星形-五边形复合绕组相较于其余两种复合绕组,开路状态下的性能最佳。综合两种情况最终确定星形-五边形复合绕组为五相异步电动机的最佳绕组型式。最后,搭建40/34槽配合下采用五边形及星形-五边形绕组的样机模型,分析在50N·m负载下的定子相电流变化情况及转矩大小,并与仿真数据相对比。经实验验证,实验数据与仿真数据误差小于5%,保证了结论的准确性。

关键词：五相异步电动机槽配合电磁力绕组型式电磁性能

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五相异步电动机的设计与参数计算

电机与控制应用 2017年第6期44卷 84-90页

作者：孙俊忠许伯强海军潜艇学院机电动力系山东青岛266042 华北电力大学电力工程系河北保定071003

五相异步电动机的研究基础在于五相异步电动机的设计、制造及参数计算。给出了一台小型五相异步电动机的设计方案并完成了样机制造,建立了五相异步电动机的多回路数学模型,并针对样机完成了相关参数计算,以试验与仿真数据验证了上述工... 详细信息

五相异步电动机的研究基础在于五相异步电动机的设计、制造及参数计算。给出了一台小型五相异步电动机的设计方案并完成了样机制造,建立了五相异步电动机的多回路数学模型,并针对样机完成了相关参数计算,以试验与仿真数据验证了上述工作的正确性。

关键词：五相异步电动机设计多回路数学模型参数计算

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变频调速系统中的五相异步电动机的分析

中小型电机 2000年第1期27卷 23-26页

作者：曾成碧黄耀群苗虹王健波四川大学四川电力调度局

介绍变频调速系统中采用的五相整距，集中绕组电机的数学模型、仿真分析及谐彼磁势分析。由分析知：五相整距、集中绕组电机有利于增加电动机电磁转矩，并使转矩脉动幅值减小，不仅可以削弱电磁转矩的谐波含量，而且可提高电动机的输出... 详细信息

介绍变频调速系统中采用的五相整距，集中绕组电机的数学模型、仿真分析及谐彼磁势分析。由分析知：五相整距、集中绕组电机有利于增加电动机电磁转矩，并使转矩脉动幅值减小，不仅可以削弱电磁转矩的谐波含量，而且可提高电动机的输出功率。

关键词：变频调速系统五相异步电动机电磁转矩

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基于多相异步电动机的船舶电力推进系统研究

基于多相异步电动机的船舶电力推进系统研究

作者：李英帅哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

电力推进作为新一代船舶动力推进方式正被广泛的应用和拓展研究。伴随全球能源、政治、经济的日益深入合作,电力推进船舶在货运、科考、工程和安防等海上作业领域展现出突出的优势与特点,如操作灵活性高、系统响应快、动力充足、节能排... 详细信息

电力推进作为新一代船舶动力推进方式正被广泛的应用和拓展研究。伴随全球能源、政治、经济的日益深入合作,电力推进船舶在货运、科考、工程和安防等海上作业领域展现出突出的优势与特点,如操作灵活性高、系统响应快、动力充足、节能排放少等。本文选取多相异步推进电机,完成包括前级五相五电平变频器和后级双螺旋桨的系统建模、仿真和控制算法研究与优化,以及供电侧硬件试验和算法验证。对传统五相两电平变频器进行建模并完成含滤波的电压电流解耦控制算法研究与仿真。在此基础上根据研究应用背景对变频器拓扑结构优化,搭建五相五电平H桥型变频器并引入SVPWM调制策略,为推进电机提供更优质电能。采用五相异步电动机取代传统三相电机作为电力推进船舶的推进电机,完成其在自然坐标系和旋转坐标系下的模型搭建与机理分析。对推进电机后级螺旋桨推进器进行特性分析,对参数选取并进行Chebyshev曲线拟合,完成单螺旋桨机桨模型典型工况仿真与特性分析。由于目前对双桨推进模型特性研究和仿真研究较少,本文对双螺旋桨推进模型进行重新建模,根据流体动力学详细分析了航行中双桨间、桨船间的相互影响,对伴流系数、进速比等参数进行修正计算,完成双桨船舶机桨仿真研究与对比分析。根据矢量控制思想完成五相异步电动机在旋转正交坐标系下的方程构建与控制原理分析,完成双闭环控制器设计,利用MATLAB对系统稳态和负载突变的动态工况进行仿真。随后应用预测控制思想,将基于无差拍算法的模型预测控制应用到五相异步电动机的控制中,在此基础上设计基于状态增量的滚动优化算法。根据电机工作机理完成基于电流控制变量的预测模型搭建,在拓展时域上计算出优化后控制量的非限制最优解,完成系统仿真并与矢量控制结果对比分析。在实验室环境下完成五相变频器硬件试验设计和五相交流输出试验。包括对采样电路、驱动电路和滤波电路的设计与器件选型,完成各环节参数计算并采用STM32控制器编写控制程序,实现五相电流电输出功能与算法验证。

关键词：电力推进五相异步电动机双螺旋桨模型预测控制

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基于无速度传感器的船舶电力推进系统研究

基于无速度传感器的船舶电力推进系统研究

作者：李正威哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文主要对基于无速度传感器的船舶电力推进系统进行研究,与传统三相异步推进电机相比,本文所采用的五相推进电机具有输出转矩大,容错性强的优点,以五相LC滤波变频器作为推进电机供电装置,电机控制系统采用的是矢量控制并建立了螺旋桨... 详细信息

本文主要对基于无速度传感器的船舶电力推进系统进行研究,与传统三相异步推进电机相比,本文所采用的五相推进电机具有输出转矩大,容错性强的优点,以五相LC滤波变频器作为推进电机供电装置,电机控制系统采用的是矢量控制并建立了螺旋桨双桨模型,最后完成了船舶电力推进系统电机转速的估测。建立了五相推进电机的数学模型与五相变频器模型,为了便于设计五相异步电机矢量控制系统,将五相变频器模型进行了简化并将其设计成一阶惯性环节,然后设计了矢量控制系统内环与外环的调节器,并通过d轴与q轴开环传函的幅相特性曲线证明了推进电机矢量控制系统设计的稳定性。分析了螺旋桨单桨模型敞水特性,建立五相异步电机单桨模型推进系统并对常见工况进行仿真分析,在螺旋桨单桨模型基础上考虑螺旋桨轴向拌流建立了双桨模型,并对双螺旋桨推进系统常见工况进行了仿真分析。对船舶电力推进系统推进电机转子磁链进行观测,采用了扩张状态观测器(ESO)方案,并与电流模型转子磁链观测法对比,表明ESO模型对电机转子电阻鲁棒性强,然后在ESO磁链观测模型基础上建立转子磁链闭环扩张状态观测器(CESO),提升了转子磁链观测模型的动态性能,降低转子电阻对磁链观测精度的影响。在ESO转子磁链观测模型基础上提出了交互式速度估测方法,即对转速与转子时间常数两个参数同时进行估测,利用simulink建立了仿真模型,然而该方法具有对定子电阻鲁棒性较差的弊端,为了提高转速估测精度,进一步提出了转速与定子电阻联合辨识的交互式MRAS的感应电机速度估测方法,通过仿真证明了该方法对转速的估测精度更高,系统动态性能更好;最后以交互式MRAS转速观测法建立了基于无速度传感器船舶电力推进系统模型并对其进行仿真,验证了双桨模型、磁链观测以及转速观测的准确性。

关键词：船舶电力推进矢量控制五相异步电动机螺旋桨双桨模型无速度传感器