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多相感应电机的缺相运行与控制措施

发布时间:2021-07-31 人气:

  基金项目:2018年广西高校中青年教师基础能力提升项目《多相感应电机容错控制技术研究》,项目编号:2018KY1153
  【摘要】多相电机交流调速系统有其自身特殊的结构,能够有效减少电磁转矩脉动,降低谐波损耗,而且借助低压器还能够电极大功率的有效输出。同时,在出现故障后,系统不需要停止运行,只需要降载就能够继续保证运转的稳定性。本文就对多相感应电机缺相运行与控制的相关内容进行分析。
  【关键词】多相感应电机;缺相运行;控制
  前言
  近些年,变频调速的应用越来越广泛,该调速方式具有较好的节能效果,且调速效率高,应用比较理想。传统变频调速系统主要的供电方式为三相逆变器,形成三相感应电机。伴随现阶段大功率电力电子技术发展,工业应用场合中运行系统需要较高的可靠性,三相变频调速系统应用存在一定的不足,下面将会对其进行介绍。
  1缺相的表现
  交流调速系统中强电故障主要包括逆变器故障、电机本体故障,两种故障又细分为开路故障、短路故障。借助硬件封锁隔离等处理方式,系统又能够变为电机缺相的现象[1]。在电机运行过程中出现上文问题后,即出现缺相现象,进一步导致其他不良影响,降低电机推进系统可靠性,具体表现在以下几个方面:其一,降低电机平均转矩;其二,提升电机转矩波动;其三,气隙主磁场出现畸变情况,受到一相或是几相故障影响,以往空间对称分布的定子线电压以及线电流转为不对称;其四,,增加电机损耗,进一步降低电机效率;其五,提升电机温度,损坏电机内不同部分绝缘层。在上述情况下,三相交流变频调速系统运行难度相对较大。因此,为了在缺相情况下有效保证系统运行的稳定性,人们对多相交流变频调速系统越来越重视。为了实现多相交流变频调速系统稳定性、功率输出的提升,可对三相变频技术借鉴。在多相感应电机出现故障时,能够避免系统停止运行,结合有效策略,保证系统持续、稳定运行。
  对于多相感应电机,其自身具有特殊的结构,调速系统优势也比较明显,主要体现在以下方面:其一,对低压功率器件应用能够达到大功率输出效果。三相电动机系统是传统驱动系统主要的系统类型,其很容易被供电系统影响。在多相电机系统中,电机的相数相对较多,能够维持恒定的电流,不仅可以降低电源、电压,而且还可以保证相同的输出功率值。同时,串联和并联是传统三相电机逆变器的主要方式,很容易导致动态电流、非均衡静态电压问题,而电源功率标准模块是多相电机逆变器应用的方式,能够有效避免传统三相电机逆变器出现的问题。其三,对电磁转矩脉动减少,减少谐波损耗。三相交流调速系统比多相交流调速系统的电机相数少,电机在运行过程中会增高电磁转矩脉动频率,能够减轻震动以及电机运行噪声,降低转子电流幅值,降低谐波损耗,并优化系统动态性和静态性。其三,能够有效提升系统可靠性。在多相电机出现缺相的情况下,应用适当的控制策略,降载电机后还能够保证系统运行的稳定性,还能够避免系统停止运行,在一些工业场合、军事场合有很好的应用。其四,控制资源更加丰富。多相电机有其自身复杂、特殊的结构,能够在一些特殊的控制模式中应用。借助多相电机逆变器桥臂能够产生更多的空间电压矢量,能够获取更佳的控制效果。
  2多相感应电机缺相控制措施
  在电机出現缺相故障过程中,多相感应电机最容易的容错方式为,全部切除故障相的整套绕组。比如,对于双Y绕组的六相感应电机,两套套组具有独立的中性点,能够全部切除一套绕组,从而有效保证另一套绕组的正常运行[2]。在对一套绕组切除后,保持剩下的三相电流对称性,可以将传统等效电路应用到缺相稳态运行性能之中,但需要注意对切除的非故障绕组,并不能开展相关工作,不能充分发挥电机的输出能力。对于更加普遍的不对称缺相故障,存在比较复杂的分析方法,需要基于所有相开展计算工作,获取完整的结果。现阶段多相感应电机常见故障分析方法包括相坐标法、多回路法以及对称分量法等。
  2.1相坐标法
  在对电机模型参数计算过程中,需要将相绕组作为整体进行相应考虑,借助感应电机等效物理模型开展数学推导工作。在空间内固定多相定子绕组,在参考坐标轴内对系数微分方程建立。电机实际物理值是相坐标法应用功能的参数,不需要进行复杂变换,处理难度低,能够对不同对称、不对称运行工况处理。
  2.2多回路法
  对于多回路法,则是基于绕组空间排布,对各互感参数计算方法推导,将基本结构单位定为定子或是转子侧单个线圈,并结合研究目标明确回路数目,在转子导条断裂、电机绕组匝间短路等内部故障中能够进行有效的应用。借助多回路模型,能够对转子的排布、实际槽数进行考虑,对传统分析方法中的参数折算有效避免。结合绕组空间排布,对各互感参数以及空间位置角的线性关系推导,对次谐波影响考虑,其准确性、通用性比较好。
  3总结
  多相电机及其调速系统因其显著的优势受到越来越多的关注[3],一方面,电力电子等技术的发展使得对多相电机的控制实现起来更加简单,另一方面,很多应用场合对可靠性、大功率驱动系统的需求越来越强烈。本文在分析多相感应电机缺相运行与控制措施有重要的作用和意义。针对其中存在的不足,相关工作人员还要加强相应的研究,从而进一步促进多相感应电机的应用。
  【参考文献】
  [1]郑晓钦.多相感应电机缺相运行研究[D].湖北:华中科技大学,2017.
  [2]齐丹平.多相感应电机的缺相运行与控制策略研究[D].重庆理工大学,2010.
  [3]高健.五相感应电机电子变极控制策略的研究[D].浙江:浙江大学,2014.
  柳州铁道职业技术学院 骆海燕

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