双电机硬轴传动变频调速及其功率平衡控制

摘要

随着工业的快速发展，人们对各种机械性能和产品质量的要求逐渐提高。目前针对一台电机的控制在某些负载重且负载跨距大的场合已经不能满足现代化工业发展的要求，需要人们控制多台电机同步传动，使其更好地协调运行。硬轴联接电动机在大中型起重设备中应用非常广泛，常见的龙门吊车、卷扬式启闭机、水闸等都是采用这种形式。出于机械设计方面的原因，这类负载不宜采用单台电机驱动，往往采用双电机在负载两侧独立驱动，为保证运行过程中转速同步，工程上通常用一根刚性轴将两侧电动机联接起来。但是受材料、制造工艺和制造精度等因素的影响，两台异步电机的参数不可能完全相等，运行过程中容易因负载分配不平衡导致烧坏电机。因此，研究硬轴联接双电机同步传动的理论和方法，对保证这类机械安全、可靠地同步运转，具有十分重要的现实意义。 本文以水电站平板闸门的传动装置为背景，针对其两台电机刚性联接的特点，对两台异步电机硬轴传动过程中的负载分配和功率平衡问题进行了研究。论文从水电站闸门需要运行可靠、启停平稳、开度控制准确入手，调研了双电机的研究现状。详细介绍了变频调速的发展过程，分析了无速度传感器矢量控制、直接转矩控制的原理，对矢量控制和直接转矩控制的转速转矩特性进行了分析。结合矢量控制调速范围广、稳态误差小和直接转矩控制动态响应快的特点，将矢量控制和直接转矩控制算法引入双电机同步传动中，提出了一种新的主从控制方法：主电机采用矢量控制，转速和转矩双闭环，跟踪给定指令速度；从电机速度开环，跟踪主电机转矩指令。由于传统的直接转矩控制方法存在逆变器开关频率不固定，电流和转矩脉动大，低速性能不好等缺点，论文中从电机采用了基于PI的空间矢量调制（SVM-DTC）方法，解决开关表中电压矢量有限的问题，同时解决传统直接转矩控制固有的逆变器开关频率变化问题，使得电流和转矩脉动变小，提高低速运行时的效果。通过仿真结果表明系统具有较好的动静态性能，验证了本设计的合理性。

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第一章绪论

1.1课题背景

1.2多电机传动的研究现状

1.3交流传动技术的发展

1.3.1电力电子技术的发展

1.3.2交流调速控制策略的发展

1.4论文的主要内容及结构

第二章双电机硬轴联接传动系统

2.1水电站闸门拖动系统

2.2闸门拖动电机

2.2.1机械特性分析

2.2.2异步电机数学模型

2.3双电机硬轴传动控制方案

第三章双电机硬轴传动转速控制

3.1矢量控制原理

3.1.1异步电机坐标变换

3.1.2矢量控制中异步电机数学模型

3.1.3转子磁场定向矢量控制原理

3.2转速控制系统设计

3.2.1磁通调节器设计

3.2.2转矩调节器设计

3.2.3转速调节器设计

3.3转速辨识

3.4转速控制的机械特性

第四章双电机硬轴传动转矩平衡控制

4.1转矩平衡控制方案

4.2直接转矩控制原理

4.2.1直接转矩控制中异步电机数学模型

4.2.2传统直接转矩控制原理

4.3转矩平衡控制系统设计

4.3.1基于SVM的直接转矩控制

4.3.2 SVM-DTC设计

4.4转矩平衡控制的机械特性

第五章双电机硬轴传动系统仿真分析

5.1双电机硬轴传动系统仿真模型

5.2仿真结果分析

5.2.1一般情况下的仿真结果分析

5.2.3两台电机参数不一致时的仿真结果分析

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间参加科研及完成论文情况