文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2012)02-0056-04
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)的性能要求越來越高。近些年來,,國內(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相電流的波動(dòng)情況反映出來,,而且對(duì)于變頻調(diào)速系統(tǒng)而言,相電流的檢測也是必不可少的,??梢酝ㄟ^檢測相電流得到準(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)的功率包含無功功率和有功功率,而無功功率大部分用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,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和無功電流iq的解耦:
通過以上分析可以看出,,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)算出來的,,因此對(duì)穩(wěn)定性影響最大的是三相電流的檢測和濾波處理。如果檢測有誤差,、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)于原來不是基于旋轉(zhuǎn)磁場控制的系統(tǒng)而言,,實(shí)現(xiàn)起來較為困難?;趯?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??梢钥闯?,雖然抑制后電流仍有輕微波動(dòng),但是從整體來看,,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,。
參考文獻(xiàn)
[1] Hu Chenfeng,,Hong Rongbin,Liu Changhuan.Stability analysis and PI controller tuning for a speed-sensorless vector-controlled induction motor drive[C].IECON 2004,,IEEE,,Busan,,2004:2-6.
[2] Lennart Harmefors.Instability phenomena and remedies in sensorless indirect field oriented control[J].IEEE Trans.on
Power Electronics,2000,,15(4):733-743.
[3] CADE M.Improvement of induction machine stability by modulation techniques[J].IEE Proceedings: Electric Power Applications,,1994,141(6):347-352.
[4] Marek Budzisz,,Zbigniew Nowacki.Stabilization procedures based on fuzzy inference algorithms for PWM drives[C].
IAS 1995,,IEEE,Orlando,,1995:1663-1667.
[5] 王慶義,尹泉.一種改善VVVF變頻調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性方法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),,2007,,11(2):138-142.
[6] COLBY R S,SIMLOT A K,,HALLOUDA M A.Simplified model and corrective measures for induction motor instability caused by PWM inverter blanking time[C].PESC 1990,,IEEE, San Antonio, 1990: 678-683.
[7] MOSSKULL H.Some issues on stabilization of an induction machine drive[C]. CDC 2004, IEEE, Nassau, 2004: 4441-4446.
[8] Lazhar BEN-BRAHIM. Improvement of the stability of the v/f controlled induction motor drive systems[C]. IECON
1998, IEEE, Aachen, 1998: 859-864.
[9] 李紅梅,李忠杰,,劉良成.逆變器供電下異步電機(jī)低頻振蕩現(xiàn)象的研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2000, 15(3): 16-19.
[10] 徐國卿, 張奕黃, 郝榮泰. 逆變器供電感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能仿真的研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),,1999,19(9):1-5.