J-TEXT脈沖發(fā)電機組雙饋調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和研究.pdf

1、J-TEXT裝置前身是美國TEXT-U裝置，在華中科技大學(xué)完成重建和運行，屬于中型托卡馬克裝置。裝置主電源是100MVA飛輪儲能脈沖發(fā)電機組。機組在美國電網(wǎng)（12kV/60Hz）條件下的額定轉(zhuǎn)速為713轉(zhuǎn)/分，在該轉(zhuǎn)速下的儲能為185MJ；在中國完成重建和運行后，在中國電網(wǎng)（10kV/50Hz）條件下的最大轉(zhuǎn)速為598轉(zhuǎn)/分，由于轉(zhuǎn)速的不足造成了機組儲能的不足，使得J-TEXT裝置電源系統(tǒng)在低于額定值的條件下運行，難以開展高參數(shù)等離子體

2、物理實驗。為了將J-TEXT機組運行參數(shù)提高到額定值713轉(zhuǎn)/分，需要對機組進行改造。
　　采用雙饋調(diào)速系統(tǒng)可以顯著減小變頻器容量，本文對雙饋電機的矢量控制原理、交直交變頻器、調(diào)速系統(tǒng)的共模電流進行了深入研究，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了雙饋調(diào)速系統(tǒng)，仿真與實驗結(jié)果表明設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)滿足設(shè)計要求。
　　開展了繞線式異步電動機采用定子磁鏈定向的矢量控制原理的研究，搭建了以轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子電流為控制量的雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)。電流被分解為磁鏈分量和轉(zhuǎn)矩分

3、量，通過前饋補償可以實現(xiàn)磁鏈電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制。通過磁鏈的電壓模型建立了定子磁通觀測器。分析了雙饋電機在不同工況下的有功功率流向，計算了在轉(zhuǎn)子電流最小方式下和轉(zhuǎn)子無功功率為零時的轉(zhuǎn)子磁鏈電流給定值。計算得到轉(zhuǎn)子側(cè)最大有功功率為100kW并對主電路參數(shù)進行設(shè)計。
　　變頻器采用基于全控型器件的交直交變頻器。研究了兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下交流電壓矢量定向時LCL型整流器的原理，通過前饋補償策略實現(xiàn)dq軸電流的解耦控制；對LCL濾波器進行

4、參數(shù)設(shè)計。以直流母線電壓和整流橋臂電流為控制量搭建了整流器雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。研究了SVPWM調(diào)制算法的原理以及在數(shù)字信號處理器中的實現(xiàn)方式；研究了PWM波在長電纜中傳輸引起的電機端電壓升高問題并設(shè)計了逆變器輸出電抗器。變頻器實驗結(jié)果表明設(shè)計的100kW交直交變頻器滿足要求。
　　設(shè)計了一套以監(jiān)控層、實時控制層和現(xiàn)場控制層為基礎(chǔ)的三層結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。監(jiān)控層運行于Windows平臺，控制和監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)；實時控制層運行于QNX平臺

5、，承擔(dān)采集、計算、控制、通訊等任務(wù)，重點在于電機轉(zhuǎn)子角測量、轉(zhuǎn)速計算、電機雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)的實現(xiàn)；現(xiàn)場控制層運行于DSP28335平臺，需要維持直流母線電壓穩(wěn)定并接受現(xiàn)場控制層的命令輸出給定的轉(zhuǎn)子電壓。
　　在高頻調(diào)制電源供電的電機中，因為共模電壓會產(chǎn)生軸承電流問題。本文通過電機內(nèi)各分布耦合電容搭建了電機軸承電壓的模型，得到了電機軸承電壓與電機繞組中性點共模電壓的關(guān)系；給出了調(diào)速系統(tǒng)在電機大廳的接地網(wǎng)絡(luò)以及在高頻下各接地線的相關(guān)參數(shù)