采用永磁同步電機的船舶推進系統(tǒng)的研究.pdf

1、電力推進作為一種新型的推進系統(tǒng)，在船舶推進中的比重逐年擴大。電力拖動系統(tǒng)自身的一些特點使得電力推進船舶有一些與眾不同的優(yōu)越性： 1．操作更加靈活。 2．與其它用電設(shè)備形成綜合全電力系統(tǒng)提高能源利用率。 3．采用同步電機推進系統(tǒng)還可以提高船舶電網(wǎng)的功率因數(shù)。 4．減速過程動能可以自動反饋回電網(wǎng)，迅速被吸收，提高急停效果。 在控制方面，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和大功率電子器件的問世，電動機優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、

2、變流技術(shù)、控制理論和控制手段的發(fā)展等解決了永磁同步電動機原來的一些缺點。比如啟動采用逐漸升高頻率的方法，取消了原來的啟動繞組；以前在重載時，由于電機轉(zhuǎn)子落后同步轉(zhuǎn)速角度太多導(dǎo)致的失步現(xiàn)象，現(xiàn)在由于采用轉(zhuǎn)速和頻率的閉環(huán)控制也可以得到很好的解決。對于在天氣和海況都瞬息萬變的船舶推進系統(tǒng)設(shè)計來說優(yōu)點尤為明顯。 永磁同步電機的控制方法主要有如下幾種：開環(huán)V／Hz控制，實現(xiàn)方法上最簡單，但負載和速度指令不能突然變化，一般用于不要求快速動態(tài)

3、響應(yīng)的負載如泵類和風(fēng)機等；弱磁控制，多在速度較高時使用，在船舶推進上應(yīng)用場合比較少；直接轉(zhuǎn)矩控制，這是另一種實現(xiàn)起來比較簡單的控制方法，它借助于Bang-Bang控制調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制，在功率較大的永磁同步電動機的控制時，可以節(jié)省逆變器的容量，降低制造成本；矢量控制，矢量控制對電動機定子電流矢量相位和幅值的控制。通過對給定信號實施Clarke變換和Park變換轉(zhuǎn)化為類似于直流電機的控制思路。Clarke變

4、換和Park變換及相應(yīng)的逆變換都可以通過DSP方便地編程實現(xiàn)。 這些控制方法優(yōu)缺點各有不同，文中進行了分析，認為矢量控制是控制效果相對而言較好的一種方法，也易于實現(xiàn)。通過對永磁同步電機推進系統(tǒng)的控制方法進行分析和比較，通過DSP、光電編碼器、測溫器件、測電壓和測電流器件等的結(jié)合，設(shè)計了一個基于永磁同步電機的船舶推進控制系統(tǒng)。利用DSP的強大計算功能，輕松地實現(xiàn)了Clarke變換和Park變換等較為復(fù)雜的高級算法；編制了DSP匯編

5、語言軟件代碼，實現(xiàn)各個部分的算法和功能；利用永磁同步電動機樣機進行了實驗；分析了船舶水動力特性、槳體推進的特點，對船機槳特性進行了研究和總結(jié)；計算機仿真技術(shù)對控制系統(tǒng)設(shè)計可以起到重要的指導(dǎo)作用本文對永磁同步電機控制系統(tǒng)的Matlab軟件下的仿真進行了設(shè)計和探討，并給出了實現(xiàn)方法，給出了仿真效果。 實驗證明，運用數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A，通過相關(guān)模擬電路的配合，可以較好地實現(xiàn)對電機控制的數(shù)字化處理，滿足永磁同步電機