雙星電機(jī)的應(yīng)用

1、中國北車集團(tuán)電力牽引研發(fā)中心共5頁第1頁0前言前言近年來，感應(yīng)式異步電動機(jī)驅(qū)動裝置在牽引及工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，這些技術(shù)的發(fā)展取決于工業(yè)半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，但是，在某些特定的情況下，例如在大功率場合，變流器的功率等級仍然受到功率半導(dǎo)體器件電壓或電流的限制。與目前已得到廣泛應(yīng)用的多電平變流器驅(qū)動系統(tǒng)一樣，多相電機(jī)變流器驅(qū)動系統(tǒng)也是采用低壓標(biāo)準(zhǔn)功率器件實(shí)現(xiàn)高壓大功率等級的一種有效手段。多相電機(jī)變流器驅(qū)動系統(tǒng)除了具有大功率處理能力以

2、外，多相冗余結(jié)構(gòu)同樣具有改善系統(tǒng)可靠性的作用，在損失一相或幾相的情況下，不會影響調(diào)速系統(tǒng)的起動和運(yùn)行，只需降載運(yùn)行而不必停機(jī)。目前，在多相感應(yīng)式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)中具有代表性的是六相異步電動機(jī)，或稱雙Y相移30電動機(jī)，在部分文獻(xiàn)中也稱DoubleStar電動機(jī)（以下簡稱雙星形電動機(jī)）。雙星形電動機(jī)可通過將傳統(tǒng)的三相電動機(jī)定子繞組分裂為兩個(gè)相等的、空間互差30（電角度）的三相繞組來實(shí)現(xiàn)。雙星形電動機(jī)傳動系統(tǒng)和普通三相電動機(jī)傳動系統(tǒng)相比具有以下

3、優(yōu)點(diǎn)：?用低壓器件實(shí)現(xiàn)大功率。在三相系統(tǒng)中，較大容量的電動機(jī)電壓都較高，調(diào)速對應(yīng)的是高壓變頻器。而雙星形電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)通過增加電機(jī)的相數(shù)，實(shí)現(xiàn)低壓大容量，從而可以采用低壓變頻器，避免功率器件的串聯(lián)。特別適合無法得到高壓，但需要輸出大功率的場合。?在供電電壓受限時(shí)，可用單管實(shí)現(xiàn)大容量。在供電電壓受限的場合中（如戰(zhàn)車、電力機(jī)車等），為了得到較大功率的變頻調(diào)速設(shè)備，每相輸出電流幅值較高，而這又受到功率器件的限制，實(shí)際應(yīng)用中往往采用多管并聯(lián)的方法

4、。在雙三相電機(jī)系統(tǒng)中，相電流峰值減小，單管就可以滿足要求。?轉(zhuǎn)矩脈動減小，系統(tǒng)的動、靜特性提高。采用雙三相電機(jī)系統(tǒng)能夠消除三相電動機(jī)傳動系統(tǒng)中常見的6次轉(zhuǎn)矩脈動，轉(zhuǎn)矩脈動的最低次數(shù)升高，幅值下降；穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩脈動較小，從而降低系統(tǒng)的機(jī)械共振，降低電機(jī)的運(yùn)行噪音。?空間諧波最低次數(shù)整大，幅值減小，在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出轉(zhuǎn)子電流的諧波分量相應(yīng)的最小頻率整大、幅值降低，使轉(zhuǎn)子損耗降低。雙星形感應(yīng)電動機(jī)基本原理、控制方法與應(yīng)用雙星形感應(yīng)電動機(jī)基本原理、控制

5、方法與應(yīng)用中國北車集團(tuán)電力牽引研發(fā)中心共5頁第3頁用與三相異步電機(jī)相同的標(biāo)準(zhǔn)鼠籠型結(jié)構(gòu)，這時(shí)電機(jī)內(nèi)部定子槽沿內(nèi)圓對極距內(nèi)等分為十二個(gè)相帶，每一相帶寬度為30電角度。2雙星感應(yīng)電動機(jī)基本控制方法雙星感應(yīng)電動機(jī)基本控制方法Lipo于20世紀(jì)80年代初，建立了基于CSI（電流型逆變器）的6相電機(jī)的dqo系統(tǒng)模型，該模型考慮了齒諧波的影響。ersen和Biennick描述了CSI供電時(shí)的6相電機(jī)的特性，認(rèn)為不論用一個(gè)CSI變頻器驅(qū)動電機(jī)還是用兩

6、個(gè)CSI一起驅(qū)動電機(jī)，系統(tǒng)性能都要優(yōu)越于三相系統(tǒng)。VSI（電壓型逆變器）盡管功率因素線性度好，適用于驅(qū)動普通電機(jī)，但因受功率器件耐壓等級的限制，功率等級一直限于大功率的低端。多相系統(tǒng)的提出，使得VSI變頻器在大功率、高可靠性場合的應(yīng)用日益增多。雙星形電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略與三相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)相比，基本方法是一致的。如在三相系統(tǒng)中已經(jīng)成熟的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的方案都可借用過來，稍加修改即可適用。但多相系統(tǒng)中存在的特殊問題引起了各國學(xué)者的

7、普遍關(guān)注，這些問題包括：①定子諧波電流幅值較大；②一相或者幾相退出運(yùn)行時(shí)，如何確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。3雙星感應(yīng)電動機(jī)的應(yīng)用雙星感應(yīng)電動機(jī)的應(yīng)用從20世紀(jì)90年代開始，雙星形電機(jī)系統(tǒng)就已經(jīng)應(yīng)用在鐵路牽引系統(tǒng)中：?1998年SKODA公司向捷克鐵路公司提供的動車組EMU471，其持續(xù)功率為2000kW，線路網(wǎng)壓為3000VDC，牽引電動機(jī)為雙星形結(jié)構(gòu)。?2003年，SKODA公司計(jì)劃研制中的動車組EMU675，其持續(xù)功率為2000kW線路網(wǎng)壓為

8、3000VDC和25kV50Hz雙制式，牽引電動機(jī)為雙星形結(jié)構(gòu)。?1993年，ADtranz向意大利國營鐵路交付使用的E412貨運(yùn)電力機(jī)車，其持續(xù)功率為6000kW，最大時(shí)速200kmh，B0B0方式，線路網(wǎng)壓為3000VDC1500VDC，牽引電動機(jī)為雙星形結(jié)構(gòu)，電機(jī)功率為1530kW。?2000年，龐巴迪公司首批向意大利國營鐵路交付的40臺E464型電力機(jī)車，配屬于羅馬菲烏米奇諾機(jī)場的客運(yùn)線路，隨后的追加定單為100臺。該型機(jī)車在設(shè)