项目名称: 基于三电平拓扑的中压大功率永磁同步电机牵引系统关键技术研究

项目编号: No.51477058

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 电工技术

项目作者: 郭新华

作者单位: 华侨大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 以高效节能永磁同步电机为牵引电机,对基于三电平拓扑结构的中压大功率永磁牵引系统关键技术进行研究。不同结构永磁同步电机的谐波构成影响系统消谐结果,电机参数变化又会影响电机控制性能。此外,传统控制器无法实现网侧单位功率因数跟踪、电网2倍拍频使相电流产生的基波分量影响电机方波运行时的控制效果。针对上述瓶颈,本项目围绕:(1)有限元仿真分析验证不同结构永磁同步电机的谐波特性及其全工况下的参数变化;(2)不同结构永磁同步电机的三电平逆变器SHEPWM+VC控制策略和单PI弱磁控制器选择原则;(3)实现单相三电平四象限整流器网侧单位功率因素控制的谐振控制器设计原理;(4)直流环节2倍拍频产生机理及其对电机控制性能的影响,及消除拍频影响的电机无差拍控制算法等四大关键技术展开研究;通过理论研究,构建仿真模型、原型样机试制和实验验证系统,最终归纳出基于三电平拓扑的中压大功率永磁牵引系统的基础理论和关键技术。

中文关键词: 三电平拓扑;永磁同步电机;谐振控制器;单PI弱磁控制器;牵引系统

英文摘要: Employing the high efficiency and energy saving permanent magnet synchronous machines (PMSMs) as traction motors, this project focuses on the key technology of three-level-topology-based medium voltage high power permanent magnet traction system. The current system exhibits the following drawbacks: The harmonic features of different types of PMSMs have significant effects on the harmonic elimination results. In addition, the parameters variations of traction motors have affected the performance of the traction system control considerably. Moreover, the traditional controllers couldn't achieve unity power factor tracking of grid side. Finally, the fundamental wave component generated in the phase current has influenced the system control effect when it operated in the square-pulse state due to the twice beat frequency of grid. Therefore, this research focuses on the following four top technologies:(1) The harmonic characteristics and the parameter variations principles of different types of PMSMs by finite element analysis; (2) The selective principles of single PI flux weakening controller and the SHEPWM+VC control strategy of three-level inverter for different types of PMSMs; (3) The design principles of the resonant controller which can achieve the unity power factor control for grid side of single phase three-level 4-quadrant rectifier; (4) The mechanism of twice beat frequency of grid generated in the DC link and its impact on the control performance of traction motors, as well as the deadbeat control algorithm of the traction motors which can eliminate the impact of the beat frequency. The basic theories and key technologies of three-level-technology-based medium voltage high power permanent magnet traction systems are generalized through theoretical analysis, simulated predictions, prototype machine trial and experimental verifications.

英文关键词: three level topology;PMSM;resonant controller;single PI flux weakening controller;traction system

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