试论基于矢量控制的多相感应电机电子变极调速技术

来源:用户上传      作者: 余金永

　　摘 要 文章以矢量控制技术为切入点，研究基于转子磁场定向矢量控制技术，实现多相感应电机电子变极调速功能的技术方案，通过该技术方案的实施，能够满足电子变极调速的需求，值得引起重视。
　　【关键词】矢量控制 多相感应电机 电子变极调速
　　在矢量控制技术支持下实现对多相感应电机电子变极调速的目的是当前多项电机交流传动系统中至关重要的构成要素之一。以多相感应电机的实际运行特点为研究背景，在不同极对数条件展开对电子变极技术的研究，配合对矢量控制技术的应用，能够使电机所对应的恒功率运行范围得到有效的扩大。根据这一思路，本文展开如下分析：
　　1 研究背景
　　相关文献数据中表明，当前已有研究人员展开了对电机电子绕组结构的研究工作，尝试通过对定子绕组线圈连接方式进行调整，使电机能够在不同的极对数模式下实现正常运行。当前已尝试的技术方案有：在低速状态下采用大极对数，在高速状态下采用小极对数，其目的是满足低速运行状态下的大转矩以及恒功率运行反应要求，但缺点在于整个电机需要在停电后实现切换，且切换状态中无转矩输出，切换过程具有不平滑的特点，会产生一定量的冲击转矩以及冲击电流。也有方案中尝试通过引入Y形连接2套三相感应电机的方式，实现1对级以及2对级的变极要求，但在变极暂态期间会产生一定的径向作用力，这对于电机轴承部件的使用寿命是相当不利的。
　　针对以上问题，参考已有方案中存在的缺陷，有相关研究中认为可以通过引入多对极多相系统变化理论的方式，在矢量控制基础之上实现对多相感应电机的电子变极调速要求，达到在连续平滑状态下完成电子变极操作的效果。
　　2 转子磁场定向矢量控制技术分析
　　在当前技术条件支持下，电机矢量控制表现出了非常突出的动态响应特征，这种特征决定了其能够将复杂、耦合的非线性感应电机模型转变为一种结构形式更加简单的线性模型，同时也能够实现对定子电流的分解，形成励磁分量以及转矩分量（均可实现独立控制）。
　　有关研究中认为：从三相电机转子磁场定向矢量控制的角度上来说，可以分别获得相对于多相电机转子磁场定向矢量控制中q1～d1平面的转矩电流分量数据、转差角频率数据、以及激磁电流分量数据。影响以上数据取值结果的因子包括两个方面：其一是基波平面所对应的d轴转子磁链数据，其二是转子电角速度数据。
　　根据已知的多相电机转子磁场定向矢量控制中q1～d1平面的激磁电流分量数据，在代入谐波磁场旋转电角速度后，能够得到整个多相电机转子磁场中各个q～d平面的转矩电流取值情况。
　　已有的实验数据中，所采取的九相集中绕组感应电机（π/n相带）多具有均匀分布的特点，此类感应电机仅具有1次、3次、5次、以及7次谐波平面。因此，在对此类电机所对应的转子磁场进行定向矢量控制的过程当中，为了求得各次谐波转子d轴磁链取值情况，需要作出如下假设：即计算过程中忽略转子漏磁链对计算数据的影响，同时气隙磁链近似于转子磁链，取值一致。因此，其计算式可以写作：
　　该式中，im为相应的相电流基波励磁分量所对应的幅值数据， Llmim为相应的相电流基波d轴给定气隙磁链数据，k为各个平面对应的折算系数，N为各个平面绕组函数对应的幅值数据。
　　3 矢量控制下电子变极的实现
　　以前面所提到的九相集中绕组感应电机（π/n相带）为例，根据各次谐波转子d轴磁链取值算式，认为：在以矢量控制技术为切入点，实现多相感应电机电子变极调速目的的过程当中，可以通过对供电电压相位以及电压幅值进行合理调整的方式，使谐波电流矢量处于可控状态下，进而得到3对级旋转磁场以及9对级旋转磁场，满足电子变级的要求。
　　在这一过程当中，可以通过转子磁场定向矢量控制技术，将多相感应电机定子电流分解为多个组成部分，分别为转矩电流分量，以及激磁电流分量。然后，将其与电机1级、3级控制平面所对应的实际电流取值情况进行综合对比，引入电流闭环PI调节模块，即可以得到1级平面以及3级平面所对应的转矩电压（激磁电压）分量参考值。在此基础之上，可以通过对多相坐标进行反转换的方式，在转子多相静止坐标系条件下，得到相应的转子电压参考取值。最后，引入SPWM调制技术，对逆变器进行控制，以满足电机用电需求，按照此种方式，可以在不同平面操作条件下实现自主切换，达到基于矢量控制技术控制电机电子变级操作的效果。
　　4 结束语
　　本文对一种建立在矢量控制基础之上的多相感应电机电子变极调速技术方案进行了分析探讨，该方案在高速运行状态下，可以通过引入较小极对数的方式满足高转速的实际需求，相对于变频调速系统，相同速度条件下的电流频率较低，因此在减少开关频率以及损耗量方面也有着非常关键的价值，对于实现多相感应电机电子变极中电流与转矩的平稳过渡而言意义突出，值得各方人员引起关注与重视。
　　参考文献
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　　作者简介
　　余金永（1983-），男，河南省南阳市人。大学本科学历。现为广西城市职业学院助教。主要研究方向为电气控制。
　　作者单位
　　广西城市职业学院 广西壮族自治区南宁市 532100
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