《電子技術(shù)應(yīng)用》
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感應(yīng)電機(jī)自激振蕩抑制策略對(duì)比研究
來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第2期
尹忠剛，劉 靜，鐘彥儒，柳文濤
西安理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，陜西 西安710048
摘要： 針對(duì)感應(yīng)電機(jī)自激振蕩現(xiàn)象，對(duì)基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法、基于合成電流的調(diào)節(jié)頻率指令法和基于合成電流的調(diào)節(jié)電壓指令法三種振蕩抑制策略進(jìn)行了研究，并對(duì)三種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這三種方案抑制振蕩效果良好，并且不受電機(jī)、逆變器參數(shù)影響，最后對(duì)三種振蕩抑制方案進(jìn)行了綜合比較與評(píng)價(jià)。
中圖分類號(hào)： TM72
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2012)02-0056-04
Comparison research on the self-excited oscillation suppression strategy of induction motor
Yin Zhonggang，Liu Jing，Zhong Yanru，Liu Wentao
Automation College，Xi′an University of Technology, Xi′an 710048，China
Abstract： For the self-excited oscillation of induction motor, the frequency command regulation method based on torque current, the frequency command regulation method based on synthesis current and the voltage command regulation method based on synthesis current were studied. The experimental verification of the three methods were carried out. The experimental results show that the effect of the three suppression methods are good, and cannot be affected by the motor and inverter parameters. The comprehensive comparison and evaluation for the three suppression methods are conducted.
Key words : induction motor；self-excited oscillation；torque current；synthesis current

    由電壓型逆變器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在空載或輕載條件下運(yùn)行時(shí)，一些頻段上（例如20 Hz～30 Hz）很容易發(fā)生自激振蕩現(xiàn)象。這種現(xiàn)象不僅會(huì)引起錯(cuò)誤的機(jī)械振動(dòng)，而且會(huì)使電機(jī)電流大幅振蕩，轉(zhuǎn)速波動(dòng)嚴(yán)重，縮短了電機(jī)和其他電氣設(shè)備的使用壽命，大大影響了系統(tǒng)的控制精度和可靠性。隨著交流傳動(dòng)技術(shù)的不斷完善，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，如何解決自激振蕩問(wèn)題成為人們研究的目標(biāo)之一。

    隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越高。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)感應(yīng)電機(jī)自激振蕩進(jìn)行了研究[1-10]，并取得了一些研究成果。
    本文對(duì)基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法、基于合成電流的調(diào)節(jié)頻率指令法、基于合成電流的調(diào)節(jié)電壓指令法三種振蕩抑制策略進(jìn)行了研究，并對(duì)三種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。
1 自激振蕩抑制策略研究
    電機(jī)的振蕩情況可以通過(guò)相電流的波動(dòng)情況反映出來(lái)，而且對(duì)于變頻調(diào)速系統(tǒng)而言，相電流的檢測(cè)也是必不可少的。可以通過(guò)檢測(cè)相電流得到準(zhǔn)確可靠的振蕩判據(jù)，并采取措施抑制振蕩。該方法不需要增加硬件成本，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成為目前主要的研究熱點(diǎn)。本文研究的三種方法均以檢測(cè)相電流為基礎(chǔ)。
1.1 基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法
    逆變器輸入到電機(jī)的功率包含無(wú)功功率和有功功率，而無(wú)功功率大部分用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，有功功率大部分產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。設(shè)逆變器輸入到電機(jī)的三相電流為iu、iv、iw，通過(guò)坐標(biāo)變換將三相電流變換到以定子電壓矢量為d軸的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上，從而實(shí)現(xiàn)有功電流id和無(wú)功電流iq的解耦：



    通過(guò)以上分析可以看出，該方案不增加硬件成本，不受電機(jī)參數(shù)、逆變器參數(shù)等影響。由于有功電流分量是根據(jù)三相定子電流實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的，因此對(duì)穩(wěn)定性影響最大的是三相電流的檢測(cè)和濾波處理。如果檢測(cè)有誤差、時(shí)延或瞬態(tài)波動(dòng)，則會(huì)引起調(diào)節(jié)頻率的較大波動(dòng)，從而可能引入新的不穩(wěn)定因素。
1.2 基于合成電流的調(diào)節(jié)頻率指令法
    基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法以旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)矩電流分量的變化率作為不穩(wěn)定度，對(duì)于以SVPWM調(diào)制方式的系統(tǒng)而言，實(shí)現(xiàn)該方法比較容易。但是對(duì)于原來(lái)不是基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制的系統(tǒng)而言，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難。基于對(duì)振蕩發(fā)生時(shí)定子電流變化的認(rèn)識(shí)，本節(jié)討論如何以定子電流的變化率作為不穩(wěn)定度，設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器輸出頻率調(diào)節(jié)量，從而達(dá)到抑制振蕩的目的。

 


2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及對(duì)比分析
    在以TMS320LF2407A DSP為內(nèi)核的7.5 kW實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法、基于合成電流的調(diào)節(jié)頻率指令法、基于合成電流的調(diào)節(jié)電壓指令法三種振蕩抑制策略進(jìn)行了研究，并對(duì)三種方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
2.1 基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法
    圖5為采用基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法，振蕩抑制前后相電流和轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)波形圖。比較抑制前后的波形圖可以看出，電流和轉(zhuǎn)速的振蕩得到很大的抑制。抑制前，電流畸變較大，幅值跳變嚴(yán)重，周期不明確，轉(zhuǎn)速振蕩嚴(yán)重，變化劇烈；振蕩抑制算法啟動(dòng)后，電流波形畸變明顯變小，正弦度較好，周期明確，轉(zhuǎn)速波動(dòng)也明顯減小。

2.3 基于合成電流的調(diào)節(jié)電壓指令法
    圖7為采用基于合成電流的調(diào)節(jié)電壓指令法振蕩抑制前后相電流和轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)波形圖。可以看出，雖然抑制后電流仍有輕微波動(dòng)，但是從整體來(lái)看，該方案抑制振蕩效果是明顯的。

    可以看出三種方案抑制振蕩效果都比較顯著。綜合比較三種方案，在適用性方面，三種方案均不受逆變器、電機(jī)參數(shù)影響，適用性較好；從實(shí)驗(yàn)效果上看，方案1效果最好，抑制后電流正弦度最好，但如果考慮實(shí)際應(yīng)用中的復(fù)雜工況，由于方案3的調(diào)節(jié)量是PI作用的輸出，不會(huì)造成被調(diào)節(jié)量的突變，更適合于工程實(shí)用。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：頻率調(diào)節(jié)量控制在0.5 Hz～1 Hz為宜，電壓調(diào)節(jié)量以不超過(guò)額定電壓5%為宜。
    本文對(duì)基于轉(zhuǎn)矩電流分量的調(diào)節(jié)頻率指令法、基于合成電流的調(diào)節(jié)頻率指令法、基于合成電流的調(diào)節(jié)電壓指令法三種振蕩抑制策略進(jìn)行了研究，并對(duì)三種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明三種方案抑制振蕩效果良好，并且不受電機(jī)、逆變器參數(shù)影響，可以方便地加入現(xiàn)有調(diào)速系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)振蕩抑制。
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