雙三相感應電動機矢量控制研究

摘 要：一個轉子磁場定向控制（RFOC）的方案，該文描述了一個只使用了兩個電流傳感器的雙三相感應式電機驅動，感應電機通過兩個定子的三相繞組在空間上轉過30°的電角度。電流傳感器數量的減少可能是由于特定的機器結構所導致，但對矢量控制的性能不產生重要的影響。實驗結果表明10 kW的轉子磁場定向控制雙三相感應電動機驅動原型演示所提出的方案的是可行。

關鍵詞：數字矢量控制 雙三相感應式電機 多相驅動器

中圖分類號：TM346文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0001-01

1 介紹

多相電動機驅動器的研究已經超過了30年，但在過去的兩年里，由于它的益處在不斷地增長以致在一些國際電力電子會議上提出了多相電機驅動。多想電機驅動已經被提出在不同的領域應用。由于其特定的優勢（降低轉矩脈動，減少諧波電流直流環節，減少轉子諧波電流，在相同的機器體積具有高的功率/電流比等）。使其可以更好的被利用于辨別三相解決方案的更高復雜性。一些最合適的應用領域是大電流的場合，（船舶推進、飛機的應用程序，機車牽引，電動汽車）多相驅動的最主要的優勢（當前）是在逆變器的功率控制上。相比與傳統的三相轉換器可以減少單一的開關電流應力。由于電力開關額定電流隨著相數的降低成比例的降低，功率開關數量的增加比不代表成本的額外增加。相反，在某些情況下，組件價格的非線性行為會導致成本的降低。然而，系統成本（復雜性）的不利是由于電流傳感器數量的增加，柵極驅動電路，輔助電路等，基于此，通過降低傳感器的數量來降低多相驅動的成本而不會影響系統的性能。成為一個重要的問題，以便提出經濟上可行的多相解決方案。該文闡述的是一個帶有兩個定子的雙三相感應電機電流傳感器的減少在空間上轉過30°的電角度的孤立點的電中性，特別是本文提出了針對雙三相感應電動機驅動器只使用兩個（而不是四個）電流傳感器的轉子磁場定向控制（RFOC）方案對驅動性能沒有顯著的影響。此外，該文研究了兩個三相之間的部分驅動不對稱的影響，論述和選擇了兩個電流來測量。

2 間接磁場定向矢量控制方案

矢量控制理論應用于雙三相電機目的是為了獲得解耦控制，通過引用電機（α，β）模型，一個旋轉（d，q）參考幀對齊在轉子磁鏈矢量，其大小和位置通過流量估計器可以被測出。電流控制形成內循環的整體控系統、參考電流通過外循環得到（通量循環和轉矩/速度循環）。當VSD理論用于建模、雙三相驅動器采用通量估計通常用于三相感應電機的分析，因為（α，β）子空間是相同的。

2.1 PWM方案

這個方案在一些文獻和低壓諧波上有提起過，由于只有定子的漏阻抗存在這樣的電壓諧波，由于低階諧波的產生導致定子電流諧波。這些諧波電流的產生會降低傳動效率，最壞的情況是當電機使用短節矩定子繞組；在這種情況下，阻抗在（μ1，μ2）和（z1，z2）低于子空間定子漏電感。減少勵磁的（μ1，μ2）子空間的最好解決方案是使用專門的空間矢量調制技術，然而，如果該電機采用全距定子繞組，使用簡單的調制技術也能得到令人滿意的結果。如雙SVM或雙零序技術，用傳統的三相PWM電流調節器的這種方案可以得到正弦曲線。

2.2 驅動器不平衡操作

這個問題關系到兩三相驅動器的動力部門的微弱的不協調（電機和逆變器）。這些不對稱會導致兩個定子繞組集間的電流不平衡，一個最典型的例子是當雙三相電機是兩個獨立的三相電壓源轉換器的時候。這個事實在很多現有的出版物上都有強調，這導致先開發的控制方案采用四個電流控制器，它是一個帶有孤立中性點的四自由度的電機的合理推論。因為電機帶有單一的孤立中性點所以必須使用六個電流控制器，甚至雖然它是幾乎不可能獲得完美對稱的驅動操作，一個專用的驅動設計可以，然而，獲得類似的三相功率的動力設備是不可能的。例如，通過使用一個專用的六相逆變器與一個單一的PWM調制器代替兩個獨立的三相逆變器PWM調制器。此外，如果機器設計精心實施，可以得到雙三相驅動與準平衡操作。

2.3 兩個電流傳感器的電流控制

對于驅動準平衡操作，系統實際上可以是減少四到兩個，因此只有兩個電流控制器將足以控制電機，在這種情況下，只有兩個電流傳感器可以被使用。要獲得這個電機模型（要求VSD建模方法），傳感器應安裝在不同的三相定子套里為，而不是安裝在同一定子組里。

特定的及其結構可以直接從相電流ias和izs中獲得（α，β）電流分量，使用一個獨特的傳感器安裝布局。在旋轉（d，q）或在固定（α，β）參考幀，電流控制方案可以實施。

目前本文控制方案是基于室間隔缺損的方法，這是固定參考系。這個方法是非常簡單的，因為它需要最小旋轉轉換和不使用解耦方案，至于（d，q）電流控制，由于缺少速度依賴（d，q）耦合條件。盡管α軸和β，通過轉子通量組件耦合，但是轉子磁鏈動力學可以由電流控制克服。

當前的控制計劃使用一個調節器相當于一種正序比例積分（PI）同步幀調節器和控制（α，β）定子電流分量。參考量的計算可以通過旋轉變換應用于通量和轉矩，通過外通量和轉矩/速度控制回路產生參考電流。電流反饋的得到是通過測量相電流和得到的。

在這里在同步參考下和等同于PI調節器，ωe是電頻率，共振條件存在傳遞函數允許一個零穩態誤差為正弦電頻率ωe。

調節器的狀態空間模型：

輸出的電流調節器應用于兩個不同的逆克拉克轉換計算三相參考電壓給定和用PWM調制器（獨特的六相逆變器）來獲得逆變器開關功能。

3 結語

該文闡述了多相電流傳感器的數量的減少應用于雙三相感應電機對系統性能沒有產生重要的影響，因此一個只使用兩個電流傳感器的矢量控制方案（大小為50%的額定電流要求、等效于三相驅動）已經被提出探討。電流傳感器被放置在屬于兩個不同的三相集，旋轉了90°電角度。

參考文獻

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