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1、华中科技大学硕士学位论文异步电机变频起动用电源装置的研究姓名：方伟家申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：朝泽云2011-05-30华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘 要 摘 要 电力故障的突发不以人的意志为转移，在发生事故造成突然停电的情况下仍能提供不间断的电力显得尤为重要。在线式三相专用不间断电源在船舶上是必不可少的装置。本文研究的逆变起动电源是为汽轮发电机组交流电动辅油泵和柴油发电机组电动泵供电的专用电源，在交流失电时，需要逆变起动电源不间断的为电动泵供电。根据电路结构，本文将逆变起动电源分为直流部分即 BOOST 变
2、换电路和交流部分即三相逆变电路分别进行讨论。采用电压外环电感电流内环的双闭环控制策略实现 BOOST 电路在宽输入范围的情形下仍能输出稳定的直流电压，采用电压外环电感电流内环的双闭环控制策略使得三相逆变电路在负载突变情况下仍能输出稳定的三相正弦电压，采用 SVPWM 空间矢量调制实现异步电机变频起动。 本文首先推导出 BOOST 电路小信号模型与传递函数，对电路参数进行设计与计算。讨论并分析了右半平面零点对系统稳定性的影响，提出采用双闭环的控制策略使得电压在 195V255V 和 463V546V 两个电压范围内切换时输出电压波动小，提高系统动态性能。本文设计出双闭环控制器，并通过软件仿真分析
3、并进行实验验证。 本文建立和分析了在不同坐标系下三相逆变器的模型，并对同步旋转坐标系下的逆变器模型进行解耦。选取电压外环电感电流内环的双闭环瞬时值控制，可以保证对电感电流进行限幅， 同时也提高了系统的动态性能。 本文设计了双闭环控制器，给出软件仿真结果。 对系统的硬件进行设计与分析，编写程序，最终实现了 BOOST 电路的双闭环控制与空间矢量调制下异步电机变频起动。 关键词：关键词： 在线式不间断电源 升压变换器 双闭环 空间矢量 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIABSTRACT Sudden power failure is
4、 an objective reality. When the power is down, it is vitally important to provide uninterrupted power supply. Special three-phase online uninterruptible power supply is an essential device on ship. This article talks about supply unit used as starting turbo generator accessories oil pumps and diesel
5、 generator pumps. According to the circuit，it can be divided into two parts: BOOST and three-phase inverter. Outer voltage inner current control loop guarantees the stability of output voltage in large range of input voltage. The double loop control can also export stable three-phase sine voltage in
6、 the sudden change of load.induction motor VF starting can be done by SVPWM. This article not only derives BOOST small-signal model, concludes system transfer function and designs the circuit parameters, but talks about and analyzes the influence of right half plane zero. The control strategy of dou
7、ble loop can make us get less fluctuation of output voltage between the switching from195V255V to 463V546V which improves the dynamic performance of the system. Controller is designed. Simulation and experimental can be found in the text. The model of three-phase inverter in different coordinate sys
8、tem can be got in the text. After decoupling in dq0 coordinate system, inner inductor current loop outer voltage control loop has been chosen which can realize the restriction of inductor current and enhance the system dynamic performance. Simulation is given in the text. System hardware is analyzed
9、 and designed in the text .Programs are written. Double loop BOOST control and VVVF induction motor starting based on 50Hz three-phase inverter by using SVPWM are done. Keywords: online UPS BOOST double loop SVPWM 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表
10、或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅， 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 ，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 。 (请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 指导教师签名：
11、 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 绪绪 论论 1.1 选题背景与意义选题背景与意义 随着社会信息化、现代化的不断发展，人们对电力的依赖越来越高，遇到突然地停电，会对正常的生产生活产生很大影响。一些负载在生产生活中很重要，需要保证不间断运行，否则将造成重大的经济损失。然而，电力故障的突发不会以人的意志为转移，在日常生产生活中总会遇到意外停电这样的事故。目前，保障城市供电安全主要靠并网发电，但是很多涉及生产生活的重要部门仅仅靠公用电网供电，其可靠性是远远不够的，必须还配备一种后备电源系统。后
12、备电源可以在发生停电等市电故障时或者在市电电压超出规定安全范围时提供电力，保证供电设备正常工作，降低因停电而带来的损失。后备电源可分为柴油发电机组、不间断电源 UPS、应急电源供电系统 EPS 三大类1。 柴油发电机组是以柴油机为原动机，拖动同步发电机发电的一种电源设备2。柴油发电机组的容量较大，是一种起动迅速、操作维修方便、投资少、持续供电时间长、对环境的适应性能较强的发电装置。 不间断电源系统，即 UPS（Uninterruptible Power Supply） ，目前最主要应用于银行、计算机中心、医院等场所。它用以保障计算机系统停电时，仍能持续工作一段时间，为用户紧急存盘提供条件，使用
13、户不会受到丢失数据的影响；保障重要场所如医院在使用电力时避免意外停电，维持医院重要设备正常运作。不间断电源系统在应用中主要有两个作用：一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给计算机造成损害；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源3。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2应急电源供电系统，即 EPS（Emergency Power Supply） ，它主要由输入输出单元、充电模块、电池组、逆变器、监控器、输出切换装置等部分组成13。市电正常时，市电向负荷供电
14、，充电器对蓄电池进行充电或浮充；市电断电后，控制器启动逆变器，逆变器向负载供电；当市电恢复时，再恢复回市电向负载供电状态。它主要用于重大工程的电力保障与消防安全，是电力供应的最后一道环节。 船舶在海上航行，会遇到意外停电的情况。船舶内通常配备有汽轮发电机组和柴油发电机组，并且各自配备相关的滑油系统，利用交流电动滑油泵为机组提供润滑油。因此，交流电动滑油泵是船舶电力系统重要的辅助装置，一旦不能正常启动，将影响整个船舶动力系统的正常工作。由于通常采用交流异步电动机拖动滑油泵工作，因此，根据启动指令可靠快速的启动滑油泵用交流电动机至关重要。本文所研究的逆变启动电源作为汽轮发电机组交流电动辅油泵和柴油
15、发电机组电动泵供电的专用电源，如按照电网电源与后备电源分类标准划分，可以归类为后备电源。它的研制对于保障船舶电力系统的正常运行，具有重大意义。 1.2 后备电源发展现状与应用后备电源发展现状与应用 1.2.1 柴油发电机组柴油发电机组 柴油发电机组是一种较传统的后备电源，距今已有六十年的发展历史。它的容量较大， 可实现并机运行与长时间连续供电。 作为传统备用应急电源的柴油发动机，它多应用于酒店、工厂、高层住宅，以及其它供电场所。这种传统柴油发电机组应急方案在现今社会的应用中显露出了很多问题。由于柴油发电机振动大，嗓音强、燃烧后烟气含二氧化硫污染环境，因此消除嗓音，合理排烟，是柴油发电机组要专门
16、处理的问题。另外，发电机用柴油作燃料，要有一个单独的蓄油间，发电机组的供电、照明的环境，需要有防油类燃、爆的消防要求，并且柴油发电机组还需要定华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3期维护，配备专业人员二十四小时看管。柴油发电机组本身电压频率稳定度差，总效率为柴油机的燃机效率和发电机的机电效率的乘积， 使柴油发电机组的效率偏低。 1.2.2 不间断电源系统不间断电源系统 UPS 出现于 20 世纪 60 年代，至今发展经历了三个阶段。第一阶段，在输入电源掉电情况下，保护负载硬件设备。第二阶段，在电源输入端掉电情况下，对硬件设备和重要数据进行保护。 第三阶段， 不论是在输入电源掉电还是在正常的情况下，都可以提供高品质的电力供应。 经过多年的发展，现今 UPS 可以分为离线式、在线互动式、在线式三类。
