一種基于空間電壓矢量的軟起動(dòng)器特性分析及其優(yōu)化研究.pdf

1、交流異步電機(jī)是主要的工業(yè)動(dòng)力源，但其直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的5~8倍，對(duì)電機(jī)自身和電網(wǎng)有不利的影響。調(diào)壓類軟起動(dòng)器降低起動(dòng)電流的效果不理想，周波離散變頻(Cycle-wave Discrete Variable Frequency，CDVF）軟起動(dòng)器轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，都未能很好地解決異步電機(jī)起動(dòng)問(wèn)題。因此，研究高性能的軟起動(dòng)控制方式有利于異步電機(jī)更好地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
　　本課題在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51577110）的資

2、助下，以研究軟起動(dòng)控制方式為目的，對(duì)空間電壓矢量變頻(Space Voltage Vector Variable Frequency，SVVF）軟起動(dòng)器的控制原理和特性進(jìn)行分析，并對(duì)其頻率切換過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。本文主要工作總結(jié)如下：
　?。?）基于正弦供電的空間電壓矢量原理分析和分頻控制方法研究
　　針對(duì)交交變頻與交直交變頻中的空間電壓矢量理論的區(qū)別，根據(jù)三相晶閘管的導(dǎo)通特點(diǎn)，確定正弦供電下的6個(gè)基本空間電壓矢量瞬時(shí)函數(shù)，通過(guò)積

3、分運(yùn)算得到其形成的理想磁鏈軌跡為近似于圓形的曲邊六邊形，證明基于正弦供電的空間電壓矢量原理適用于異步電機(jī)軟起動(dòng)控制。根據(jù)該原理對(duì)SVVF軟起動(dòng)器各級(jí)分頻的控制方法進(jìn)行研究，并對(duì)CDVF控制的實(shí)際電壓導(dǎo)通波形進(jìn)行分析，總結(jié)兩種控制的區(qū)別和聯(lián)系。
　?。?）SVVF軟起動(dòng)器和CDVF軟起動(dòng)器控制電壓諧波及諧波轉(zhuǎn)矩分析
　　通過(guò)對(duì)SVVF軟起動(dòng)器和CDVF軟起動(dòng)器控制電壓進(jìn)行傅里葉分析，討論基波電壓的三相平衡性，將分析出的諧波含量

4、與轉(zhuǎn)矩特性曲線相結(jié)合，分析諧波轉(zhuǎn)矩的影響，結(jié)果表明兩種控制下的異步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)主要由基波轉(zhuǎn)矩決定，但受諧波轉(zhuǎn)矩的干擾。通過(guò)兩種控制的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于CDVF控制，SVVF控制電壓諧波含量及諧波轉(zhuǎn)矩造成的脈動(dòng)影響都有所下降。
　?。?）SVVF軟起動(dòng)器與調(diào)壓軟起動(dòng)器的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流對(duì)比分析
　　結(jié)合異步電機(jī)等效電路分析，繪制特性曲線，描述異步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流軌跡，主要將SVVF軟起動(dòng)器工頻調(diào)壓階段與直接調(diào)

5、壓起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流進(jìn)行對(duì)比分析，證明SVVF軟起動(dòng)器相比于調(diào)壓軟起動(dòng)器能提升起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低起動(dòng)電流。
　?。?）SVVF軟起動(dòng)器的頻率切換過(guò)程優(yōu)化和仿真驗(yàn)證
　　針對(duì) SVVF軟起動(dòng)器變頻過(guò)程中出現(xiàn)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)速大幅度振蕩和負(fù)轉(zhuǎn)矩問(wèn)題，根據(jù)SVVF控制周期內(nèi)的矢量作用規(guī)律，對(duì)頻率切換時(shí)刻的選擇進(jìn)行優(yōu)化，并且根據(jù)負(fù)載情況選取觸發(fā)角初值，以恒壓頻比原則選取觸發(fā)角終值，對(duì)觸發(fā)角的控制進(jìn)行優(yōu)化。利用MATLAB對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行

6、仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后，SVVF軟起動(dòng)器控制的異步電機(jī)在頻率切換時(shí)刻，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)提升，無(wú)轉(zhuǎn)速突降和負(fù)轉(zhuǎn)矩，并且通過(guò)仿真對(duì)特性分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，在SVVF7、4分頻控制下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響比CDVF控制分別降低了約17％和11%，SVVF軟起動(dòng)器控制下的異步電機(jī)起動(dòng)電流比調(diào)壓軟起動(dòng)器控制下降低了約21%。
　　搭建軟起動(dòng)器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：頻率切換過(guò)程優(yōu)化后， SVVF軟起動(dòng)器變頻過(guò)程中異步電機(jī)轉(zhuǎn)速振蕩的幅