绕组开放式永磁发电机系统的拓扑结构及控制技术研究

摘要

永磁发电机具有功率密度大、效率高等优点，在车用电源、风力发电系统等场合中获得了广泛的应用，但永磁励磁方式使得气隙磁场难以调节，系统的输出电压控制困难且转速范围受到限制，围绕这一问题本文提出了基于绕组开放式永磁发电机构成的串联式和并联式发电系统结构，并展开了相应研究。
　　本文首先介绍了绕组开放式永磁电机的数学模型，分析由逆变器、绕组开放式永磁发电机、整流桥、蓄电池构成的串联式发电系统拓扑结构及其工作原理，研究系统中各组成部分的电压空间矢量关系、功率流动方式、工作模态及发电运行工作原理，在此基础上采用基于矢量控制的发电调压控制策略，并利用Matlab软件搭建系统仿真模型，对系统宽转速范围内负载变化过程的发电运行过程进行了仿真验证。
　　其次，在串联式发电系统研究的基础上，将逆变器、整流桥的直流侧并联，省去逆变器直流侧蓄电池，构成并联式绕组开放永磁发电系统。针对这种系统拓扑结构，分析单相绕组等效结构的工作原理及调压控制运行工作模态，采用基于电流滞环控制的发电调压策略，并搭建了仿真模型，对系统发电运行过程进行仿真验证。
　　最后，搭建了基于TMS320F2812的发电系统控制平台，详细介绍了系统的软硬件组成，给出了DSP和CPLD程序设计的流程图，并针对一台1kW的绕组开放式永磁发电机进行实验，实验结果表明本文所研究的两种发电机系统均具有较宽的运行转速范围和较好的调压特性。

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注释表

第一章 绪 论

1.1 永磁发电机系统的研究概况

1.2 绕组开放式电机系统及控制技术概述

1.3 本文的主要研究内容

第二章 串联式绕组开放永磁发电机系统的拓扑及工作原理

2.1 引言

2.2 绕组开放式永磁电机的数学模型

2.3 串联式发电系统的拓扑结构及工作原理

2.4 系统发电调压控制策略及功率流向分析

2.5 串联式发电系统的建模

2.6 串联式发电系统的仿真分析

2.7 本章小结

第三章 并联式绕组开放永磁发电机系统的拓扑及工作原理

3.1 引言

3.2 并联式发电系统的拓扑结构及工作原理

3.3 系统发电调压控制策略

3.4 并联式发电系统的建模

3.5 并联式发电系统的仿真分析

3.6 三种发电系统的比较

3.7 本章小结

第四章 实验平台软硬件设计

4.1 引言

4.2 系统实验平台与硬件设计方案

4.3 串联式发电系统的DSP软件设计

4.4 并联发电系统的DSP软件设计

4.5 本章小结

第五章 实验结果及分析

5.1 引言

5.2 传统PWM整流系统的实验分析

5.3 串联式发电系统的实验分析

5.4 并联式发电系统的实验分析

5.5 三种发电系统的实验结果比较分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和研究成果

附 录