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随着飞机、舰船、汽车等独立电源系统的发展，直流发电系统成为独立电源系统研究的热点。发电机是直流发电系统的核心，感应电机因其结构简单坚固等优点，是直流发电系统中发电机的良好选择之一。多相感应电机与定子双绕组感应发电机（DWIG）近年来成为感应电机研究的热点。本文结合多相感应电机与DWIG的特点，提出了一种五相双绕组感应发电机（FPDWIG）直流发电系统，并对其在三次谐波注入的非正弦励磁条件下的设计优化与控制策略进行深入研究。 对FPDWIG非正弦励磁条件下的磁动势进行了谐波分析，研究了各次谐波磁动势对电机性能的影响。在此基础上，建立了考虑三次谐波空间时FPDWIG在自然坐标系下的数学模型，并根据多维空间矢量解耦变换矩阵，获得了FPDWIG在d1-q1-d3-q3旋转坐标系下的解耦模型。 通过对三次谐波注入的FPDWIG电磁设计特点进行归纳，给出了一种考虑三次谐波注入的FPDWIG设计方法，确定了FPDIWG的基本电磁参数。在此基础上，提出了一种三次谐波注入的FPDWIG优化方法，揭示了三次谐波注入量与FPDWIG转矩之间的关系，得到三次谐波注入量最优值，改善了FPDWIG气隙磁密分布，使其为准梯形波，提高了FPDWIG的转矩密度和功率密度。仿真与实验结果与理论分析基本吻合。 为了使三次谐波注入的FPDWIG直流发电系统具有良好的运行性能，本文提出了一种三次谐波注入的控制绕组磁链定向控制方法。首先，通过控制FPDWIG控制绕组的有功与无功电流，使直流母线电压保持稳定。其次，根据三次谐波反电动势与基波反电动势的关系，得到三次谐波注入电压。该控制策略可有效控制直流输出电压，并使 FPDWIG气隙磁密波形为准梯形波。仿真和实验验证了该控制策略的可行性和正确性。 在理论分析和仿真验证的基础上，构建了一套5kW/270V的FPDWIG直流发电系统硬件平台的整体架构，并对系统的硬件与软件进行设计。硬件设计主要包括五相静止励磁变换器、五相不控整流桥、直流母线电容、控制电路、采样调理电路、保护电路、CPLD控制电路设计；软件设计主要包括主程序和中断程序的编写。 在搭建实验平台进行实验验证。实验结果证明，所提出的FPDWIG优化方法可使FPDWIG输出功率提高约11％；所提出的控制策略实现较为简单，无需速度传感器，不仅易于实现非正弦励磁控制，且具有良好的动静态性能。