異步電動機功率控制系統的應用與研究

劉潤澤　王憲磊

【摘 要】本文以異步電機功率因數測量和控制為基礎，對異步電機的功率進行控制。在異步電機閉環矢量控制的技術上運用功率因數校正原理對異步電機的功率因數進行自動校正，從而達到節能的目的。

【關鍵詞】異步電動機;功率因數;控制;研究

中圖分類號： TU83;TU71文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0060-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.029

功率因數cosφ越小，在相同的UI下提供的有功功率越小，電源設備的利用率越低。人們越來越重視提高功率因數的重要性。因此，各種功率因數校正技術（PFC）應運而生。

有源功率因數校正技術（PFC）是利用一種高頻整流電路，這種電路能將有源器件集成到傳統的無控制整流中[1]，使交流側電流在一定程度上呈現正弦，從而降低了器件的非線性，提高了功率因數?；締蜗郃PFC電路單相不可控整流器和負載之間添加了一個直流-直流電源轉換電路，通過適當控制升壓電路的開關量，使整流器的輸入電流與電網電壓、諧波和無功電流同步修正為正弦波，電網功率因數提高到1左右[2]。如圖1所示。

如果近似正弦半波電流可以被控制，并且在相同的相位中，整流橋的交流側電流也近似為正弦電流，并且它處于與電網電壓相同的相位，這可以達到功率因數校正的目的[3]。為此需要引入閉環控制。圖2為單相APFC雙閉環控制原理圖。其中，電壓外環的任務是得到可以實現控制目標的電感電流指令值i。給定輸出電壓u減去測量到的實際輸出電壓uo的差值，經PI調節器后輸出電感電流的幅值指令I。測量到的整流橋出口電壓ud除以其幅值um后，可以得到表示ud波形的量u'd，u'd為幅值為1的正弦半波[4]。

用異步電機矢量控制模塊（VC模塊）和有源功率因數校正模塊（APFC）搭建異步電機功率因數控制系統，從而反應功率關系[5]。三相異步電機VC仿真的主電路根據三相異步電機按轉子磁鏈定向矢量調速原理進行建模。其仿真模型由多部分組成，其中包括磁鏈模型，定子模型、以及轉子模型和轉矩模型。

三相交流異步電機VC仿真的VC模塊的工作原理是：光電編碼測得的轉速和轉速的參考值的差值為Δωr，將其輸到轉速控制器[6]。然后經過PI算法得出轉矩指令值Te，Te的計算模塊輸出定子電流勵磁分量，由磁鏈的估算值φr和轉矩指令值Te可以計算出轉矩分量，兩相-三相變換2s/3s與逆旋轉變換2r/3s可以將isd與isq轉化為電子電流ia，ib，ic。最后它們和霍爾傳感器測得的實際值就是滯環控制器電流的輸出，PWM逆變器的觸發信號就是這個輸出值，將其送給IGBT逆變器控制三相交流異步電機的調速運行[7]。

利用上述兩個模塊的理論基礎，對其進行修改搭建，使其實現控制異步電機功率因數的功能。

從圖6的三相定子電流曲線圖和圖7的轉矩曲線圖可以看出，電機啟動時處于空載狀態，定子電流和電磁轉矩都有波動。當系統工作到正常負載附近時，定子電流和電磁轉矩都趨向于某一恒定值。顯然定子電流和電磁轉矩成正比關系，當三相定子電流增大時，電磁轉矩對應是增大的[8]。

從功率因數曲線圖分析，當系統剛開始運行時，電動機處于空載狀態，此時的功率因數極不穩定，當系統運行至正常狀態時，由于負載不會是恒定的，再加上其它因素的影響，功率因數會發生無規律的波動。但是經過功率因數校正系統，就不會在某一種偏差之下越偏越遠，最終很快都會校正回來[9]。所以功率因數曲線圖就會在一定的區域內上下波動，彼此之間的差距不會太大。這和預期的仿真結果是吻合的。

綜上所述，在給定的轉速下，系統的轉矩和定子電流趨于穩定，從而功率因數也被固定于某一特定值附近，使得功率因數cosφ得到控制，所以異步電機的功率也受系統控制，其仿真結果與預期基本一致。所以有源功率因數校正電路對電能的利用率有很好的改善作用。

【參考文獻】

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