本科电力技术论文帮写：转矩脉动情况和平均转矩的稳定性在电力推进船舶中的表现
摘要:针对电力推进船舶中主推进电动机的调速控制环节,以目前最新的控制技术———直接转矩进行了原理分析,同时利用仿真软件对该控制系统进行了定性的仿真研究,给出了完整的仿真系统图和仿真运行结果,从运行结果可以看出定子磁链在一个范围内收敛于一个圆形;转速呈周期变化;仿真结果不仅符合控制原理,且可以看出其良好的动态性能;同时在转矩曲线上还可以反映出转矩脉动情况和平均转矩的稳定性,从而验证了该系统的优良动态性能.
关键词:船舶 电力推进 直接转矩 仿真
Abstract:This paper,based on the principles of modem control technology-the direct troque control as wellas the simulating software,makes a qualitative simulating study and provides a system gram in addtion tothe operating results for the speed controler of main propelling motor in the electricity-propelled ship. Theresults show that the stator magnetic loops disappear into a convergence of a circle; rotational speed curvetakes on a periodical change; the simulating result not only conforms to the controlling principles, but alsoshows an excellent dynamic performance. Meanwhile, it assumes the pulsation of the torque and a stabilityof the average troque, which proves that this system possesses an excellent dynamic performance.
Key words:ship; power propulsion; direct troque control; simulation
0 引 言
目前,世界上许多公司都在研究船舶电力推进技术,其中具有代表性的控制技术为:采用交—交变频器、以晶闸管为功率器件、运用矢量控制技术的电力推进系统和采用交—直—交变频器、以IGBT为功率器件、运用直接转矩控制技术的电力推进系统.本文就以较先进的直接转矩控制系统为例,对船舶电力推进系统的调速控制技术仿真问题进行研究.
1 直接转矩控制系统的构成船舶电力推进系统的核心是主推进电动机的调速控制系统,其中直接转矩控制(DTC)技术是目前最新出现的一种控制技术,该技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型具有控制精度高、系统响应速度快、可省略速度编码器等优点的交流变频技术.其系统结构为:(1)电源变换模块 电源变换模块是将由发电机发出的交流电变换成推进电机的工作电源.其整流部分采用三相桥式整流电路,整流器件为二极管,逆变器的开关器件采用IGBT.(2)电流变换(iD,iQ) 对于逆变器输出的三相电流ia,ib,通过3/2变换得到iD,iQ.(3)计算VD,VQ 推进电动机相电压的D-Q平面分量是一个矢量电压的概念,即其幅值的大小决定于直流侧的母线电压Vdc,其相位决定于电压矢量的八个状态,由此可采用查表的方法计算.(4)定子磁链计算 定子磁链的计算需要利用电动机的定子磁链模型,这里我们采用u-i模型来进行计算[1-2].(5)转矩计算 根据iD,iQ,VD,VQ可直接计算出电磁转矩,用于控制系统使用.(6)输入信号给定 需输入的给定信号有转速给定信号和磁链给定信号,这里需注意的是磁链给定信号的具体数值应谨慎调节,否则会明显影响系统的动态性能(具体分析另文叙述),本文仿真时转速的给定信号为正弦波信号,以模拟频繁的速度变化.
2 系统仿真按第1节的系统结构,利用Simulink工具箱就可以实现对直接转矩控制系统的仿真,具体的仿真情况如图1所示.仿真运行结果如图2到图5所示(以上仿真结果为定性分析结果).由仿真结果可以明显看出,定子磁链在一个范围内收敛于一个圆形,这正是我们所期待的;转速曲线呈周期性的变化,这是因为我们输入的转速给定信号是正弦波信号,仿真结果不仅符合控制原理,且可以看出其良好的动态性能;同时在转矩曲线上还可以反映出转矩的脉动情况和平均转矩的稳定性.总之,该仿真系统能够很好地仿真出直接转矩的控制规律,虽然该系统的功率开关器件采用的是理想状态的性能,但如果必要,只要做简单的修改就可以更真实地仿真系统的特性.
参 考 文 献:
[1]ZHONG L, RAHMAN M F, HU W Y,et al. Analysis of Direct Torque Control in Permanent Magnet Synchronous MotorDrives[J]. IEEE Trans on P E, 1997, 12(3):528-535.
[2]CHUNG Sekyo, KIM Hyunsoo, KIM Changgyun,et al. A New Instantaneous Torque Control of PM Synchronous Motorfor High-Performance Direct-Drive Applications[J]. IEEE TRANSACTION ON POWERELECTRONICS, 1998, 13(3):301-305.
