五相可变速电机在不对称联结下的分析与仿真

关键词：五相交流电机；非对称运行；可变速传动 中图分类号：TPl3 文献标识码：A Analysis and Simulation of Five - Phase Variable - Speed Induction Motor Drives Under Asymmetrical Connections LI Xiong-min, JIN Ai-juan,LIN San (Department of Automation Guangdong University of Technology, Guangzhou 510090, China ) Abstract: In this paper, a dq model based on transformation theory for five- phase induction machines is presented. A method for continuous and disturbance - free operation of a five - phase field - oriented - con- trolled induction motor drive with complete loss of one, two, even three legs of the inverter or motor phases is described. A complete analysis and computer simulation of this control technique is included. Key words: five - phase induction; unsymmetrical operation; variable - speed drive 1 引言 多相数电机传动有许多传统三相电机没有的优点，例如：减小振幅和增加转矩脉动频率，减小转子谐波电流，在不增加每相电压值的情况下减小每相的电流，还有降低直流连接电流谐波和有较高的稳定性等优点。通过增加相的数目，能够增加相同容量电机的每均方根(rms)安培的转矩。当一个电压源逆变器(VSI)应用到电机时，它的定子谐波电流幅值不仅取决于电源幅值和波形，而且也取决于电机在谐波频率下漏损的电感线圈。这些线圈很小以致于某些谐波电流拥有较大的幅值。然而，在加入脉冲宽度调制逆变器后，五相电机却能得到很好的控制效果。 在本文中，提出一种五相滞后电流调节的 PWM算法。所需的微分方程在一个dqzlz223参考结构下，描述五相电机的参数。这种结构以变换理论为基础。介绍一种简单的五相电机区域定位控制和一种包含滞后类型PWM电流调节器的间接五相区域定位控制的器件。这一控制策略使电机在因为失去一个，两个甚至三个绕组或者半导体失效产生特殊故障的情况下仍能无干扰地运行。最后，数字计算机仿真结果将证明这一方法。 2 五相电压源逆变器 在五相电机中，五个定子相位被分配72。间隔，图1显示了五相电压源逆变器(VSI)的基本电路拓扑，图中IGBT作为主电源开关，反向二极管提供反向电流通道，例如：当一个IGBT选通，一个输入终端和一个输出终端将被连接。因此，如果利用180"选通信号，只有唯一的一个输入与输出电压的联系存在。输入电流Ii必须能够反向，因此，输人端过滤电容被放置在逆变器的前端。五相电压源逆变器(VSI)的基本操作原则是在假设理想的换向情况下提出的。在这里，有两种五相电压源逆变器可运用，那就是十级电压源逆变器(VSI)和 PWM电压源逆变器(VSI)。在十级VSI中，选通信号和换向电路导致每个IGBT导通180度并总是伴随有5个IGBT的“开”信号在任一时刻。整个循环被分成10个独立的模形。在每个模型中，所有线电压是唯一联系逆变器输入电压的。同样，有三个输出线的线短路和可能的短路电流在闭环回路中。由于逆变器输入变量是脱离于这些回路，短路电流主要取决于逆变器上的负载。通过改变传导模型的开始时间和时间长度，输出波形的频率和相位很容易控制。运用一个前端控制的逆变器来改变直流电压输入的幅值，能实现对幅值的控制。另一种方法是运用逆变器功率开关的PWM对于五相电压源逆变器(VSI)的dpzlz223模型通过运用变换式变换到逆变器输出电压来实现。 电机是一个非线性多变系统，当它加入逆变器时，可能会影响电源阻抗。这一系统的分析非常困难，因此，运用数字计算机仿真是有利的。在 PWM操作下，有两个零电压状态并伴随5个全正开关或5个全负开关状态，再加上30个其它开关的模型。因此，在五相PWM中有32个状态，它们是： dpZ1Z2Z3模型对于五相PWM系统是很容易获得的，只要运用下面的变换式到逆变器输出电压。在这里有32个模式存在。 3 电机在非对称联结下的分析 为了进一步说明电机在一相，两相，甚至三相开路情况下的控制理论，假设五相电机电流为： 4 数字计算机仿真试验结果 图2-图5给出了一个2KW五相电机在电流调节PWM逆变器下用转差频率控制区域定位控制器控制的波形。电机速度从零逐渐增大到全速(在负载和恒定隙通要求下)。然后，突然把d，e相电流变为零，同时调节剩余三相的幅值和相角，使之维持磁通势不受影响。记录得电磁转矩几乎没 受影响。 5 结论 在本文中，回顾了多相驱动的优点。介绍了描述五相交流电机性能所必需的微分方程。指出五相电流调节PWM逆变器所采用32状态开关。它的优点是能在一相，两相，甚至三相开路的情况下，使电机仍然正常运行，例如：它表明如果e相单独开路或d相和e相一起开路，又甚至c，d，e三相都开路时(由于设备故障或电机绕组引起)，一个旋转向前的区域仍然可以获得，只要电流在剩余的相中能恰当地调节。 参考文献： [1] E.E. Ward,H. Harder.带逆变器五相电机的初始研究 Inst[J]. Elect. Eng(E. E. Ward,H. Harder. Preliminary inves- tigation of an inverter- fed 5 - phase induction motor. Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 116, no. 6, pp. 980--984) [2] 陈伯时，陈敏逊．交流调速系统[M]. 1998.5( Chert 138, Chen MX. Jiaoliu Tiaosu Xitong. May, 1998)