（精密仪器及机械专业论文）重型风机启动特性测试系统的研究(精密仪器及机械专业优秀论文).pdf

摘要 论文题目：重型风机启动特性测试系统的研究 学科专业：精密仪器及机械 研究生：杜臻圣 指导教师：邱宗明教授 赵怀军副教授 摘要 签名： 签名： 签名：走坠璧 重型风机作为一种重要的生产装备，在冶金、电力、矿业、化工等工业部门中的应用 非常广泛，其运转情况直接关系着企业的正常生产。而在实际的现场启动过程中，常会出 现风机启动困难或启动失败，甚至烧毁电动机，影响企业生产的安全性，造成很大的经济 损失。针对这一实际问题和背景，结合重型风机的具体运行工况和环境特点，论文核心研 究了一种能对重型风机启动特性进行较为准确检测的理论方法，以及该方法工程实现中的 几项关键技术。主要工作、成果和结论有： 研究了重型风机的工作原理及其工作系统构成，分析其在启动过程中面临的问题， 指出现有的启动特性检测方法在精度以及应用场合上存在的不足，分析了重型风机工作系 统的运行机理，建立重型风机的运行的数学模型，研究供电电源、拖动电动机以及重型风 机之间的能量流通原理，提出一种通过测量风机拖动电动机的输入功率和转速间接获得 风机启动特性曲线的新方法； 研究了电动机功率检测和转速检测的理论方法，分析了传统功率检测方法在供电电 网三相电压不对称、电路中含有谐波时存在的不足，提出采用一种基于瞬时无功功率理 论的功率检测算法，将坐标旋转变换分别应用于正序功率产生的驱动转矩和负序功率产 生的制动转矩计算中，消除了由于供电电网三相电压不对称或电动机三相绕组不对称对 测量结果的影响，理论分析和仿真结果表明该方法可以准确地实现拖动电动机的基波正序 功率和基波负序功率；同时，为了保证风机工作系统的安全性，以及重型风机启动特性检 测的正常工作，分析了风机拖动电动机工作中的故障产生原因和具体类别，研究了电动机 的各种保护的具体判据以及各种保护之间的配合关系； 设计了重型风机启动特性测试系统的总体硬件结构，研制以数字信号处理器( d i g i t a l s i g n a lp r o c e s s o r ，d s p ) 为核心的智能测试单元模块，编制相应的检测算法程序和保护算法 程序，实现重型风机启动特性的检测和拖动电动机的实时保护； 采用精密测试电源模拟拖动电动机在理想情况以及三相电路不对称和含有谐波情况 的负载电压和电流，使用设计的测试系统硬件装置进行检测实验和电动机保护实验。实验 西安理工大学硕士学位论文 结果表明：设计的测试系统能够较为准确地实现重型风机启动特性的检测和拖动电动机的 实时保护，对重型风机启动特性的自动化检测方面做了有益的探索与尝试，具有工程实际 意义。 关键词：重型风机；启动特性；瞬时无功功率理论；d s p h a b s t r a c t t i t l e ：s t u d yo nm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mf o r s 1 i a r t i n gc h a r a c t e r i s t i co fl a r g eb l o w e r m a j o r ：p r e c i s ei n s t r u m e n ta n dm a c h i n e n a m e ：z h e n s h e n gd u s u p e r v i s o r ：p m f - z o n g m i n gq i u a s s o c i a t ep r o f h u a u u nz h a o a b s t r a c t s i g n a t u r e 丝灿 l a r g eb l o w e ri sak i n do fi m p o r t a n tp r o d u c t i o ne q u i p m e n t , a n di sw i d e l yu s e di ni n d u s t r i a l d e p a r t m e n ts u c ha sm e t a l l u r g i c a li n d u s t r y , e l e c t r i cp o w e ri n d u s w y , m i n i n gi n d u s t r y , c h e m i c a l i n d u s t r y , a n ds oo n i t sr u n n i n gr e l a t e st od i r e c t l yb u s i n e s se n t e r p r i s e sn o r m a lp r o d u c t i o n h o w e v e r , i nt h ef i e l ds t a r t i n gp r o c e s s ，l a r g eb l o w e ri so f t e ns t a r t e dl 均r d , o rf a i l st ob es t a r t e d ，o f e v e nt h em o t o ri sb u r n o u t , i n f l u e n c i n gt h es e c u r i t yo fe n t e r p r i s e sp r o d u c t i o na n dc a u s i n gl a r g e e c o n o m i cl o s s t os o l v et h i sa c t u a lp r o b l e m , b ya n a l y z i n gt h el a r g eb l o w e r sp r a c t i c a lr u na n d e n v i r o n m e n tc o n d i t i o n , t h i sp a p e rp r e s e n t sa ne f f e c t i v em e t h o d , w h i c hc a nm e a s u r et h el a r g e b l o w e r ss t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i ca c c u r a t e l y , a n de x p l o r e st h ek e yt e c h n i q u e so ft h em e t h o d s e n g i n e e r i n gp r a c t i c e t h ep a p e r sm a j o rw o r k , r e s u l t sa n dc o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： t h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dw o r k i n gs y s t e ms t r u c t u r eo f l a r g eb l o w e ra r es t u d i e d , a n dt h e s t a r t i n gp r o b l e mo fb l o w e ri sa n a l y z e d t h ep r e c i s i o na n da p p l i c a t i o ns h o r t a g eo ft h e c o n v e n t i o n a lm e t h o d so fs t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i cm e a s u r e m e n ti sp o i n t e do u t b y 哪i n gt h ep o w e r m e c h a n i c st e c h n o l o g yo fe l e c t r i cp o w e rd r i v i n gs y s t e m , t h i sp a p e ra n a l y z e st h el a r g eb l o w e r s w o r k i n gs y s t e m , b u i l d si t sr u n n i n gm a t h e m a t i c sm o d e l b ys t u d y i n gt h ee n e r g ye x c h a n g e m e c h a n i s ma m o n gp o w e rs u p p l y , d r i v i n gm o t o ra n dl a r g eb l o w e r , an o v e li n d i r e c tm e a s u r e m e n t m e t h o do fl a r g eb l o w e r ss t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i cb a s e do nm e a s u r i n gt h ee l e c t r i c a lp a r a m e t e r s a n ds p e e do f t h eb l o w e r sd r i v em o t o ri sp r e s e m e d ； t h et h e o r yo fp o w e rm e a s u r e m e n ta n dt o r q u em e a s u r e m e n to fm o t o ra 陀s t u d i e d t h e s h o r t a g e o fc o n v e n t i o n a lp o w e rm e a s u r e m e n tw i 也u n b a l a n c e t h r e e p h a s ev o l t a g e sa n d h a r r n o m c si sa n a l y z e d t h i sp a p e rp r e s e n mt oa d o p tan o v e lp o w e rd e t e c t i o nm e t h o db a s e d0 1 1 t h r e e - p h a s ei n s t a n t a n e o u sr e a c t i v ep o w e rt h e o r y , a n dt h er e v o l v i n gt r a n s f o r m a t i o no fc o o r d i n a t e i su s e dt om e a s u r et h ed r i v i n gt o r q u er e s u l t e df r o mt h ep o s i t i v es e q u e n c ep o w e ra n dt h eb r a k i n g t o r q u er e s u l t e df r o mt h en e g a t i v es e q u e n c ep o w e r t h ei m p a c to ft h et h r e e - p h a s eu n b a l a n c e i i i 西安理工大学硕士学位论文 v o l t a g e sa n dt h et h r e e - p h a s eu n b a l a n c ew i n d i n go ft h em o t o ri se l i m i n a t e d t h et h e o r ya n a l y s i s a n ds i m u l a t i o ns h o wt h a tt h i sd e t e c t i o nm e t h o dc a nm e a s u r et h ef u n d a m e n t a lp o s i t i v ea n d n e g a t i v es e q u e n c ep o w e ra c c u r a t e l y m e a n w h i l e ，i no r d e rt oe n s u r et h es e c u r i t yo fb l o w e r s w o r k i n gs y s t e ma n dt h en o r m a lw o r ko fm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mf o rl a r g eb l o w e r s t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i c ，b ya n a l y z i n gt h ec a u s e sa n df o r m so fd r i v i n gm o t o r sw o r k i n gt r o u b l e ， t h i sp a p e rs t u d i e st h em o t o rc o n c r e t ep r o t e c t i o n sa n dt h e i rm a t c h i n gr e l a t i o n ； a c c o r d i n gt ot h ee n g i n e e r i n ga n dp r a c t i c a ld e s i g ni d e o l o g y , t h eh a r d w a r es t r u c t u r eo ft h e s y s t e mi sd e s i g n e da n dt h ei n t e l l i g e n tm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lm o d eb a s e do nd i 季t a ls i # p r o c e s s o r ( d s p ) i sd e v e l o p e d t h er e l a t e dm e a s u r e m e n ta l g o r i t h mp r o g r a ma n dp r o t e c t i o n a l g o r i t h mp r o g r a ma l ep r o g r a m m e d t of i n i s ht h eg a t h e ra n dc a l c u l a t i o no fm e a s u r e dp a r a m e t e r s a n dt h ec o n t r o ls i g n a lo u t p u t , r e a l i z i n gt h el a r g eb l o w e r ss t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i cm e a s u r e m e n t a n dd r i v i n gm o t o r sr e a l - t i m ep r o t e c t i o n ； a d o p t i n gp r e c i s et e s tp o w e rt os i m u l a t et h ev o l t a g e sa n dc u r r e n t so fd r i v i n gm o t o rw i t h i d e a lc o n d i t i o na n du n b a l a n c et h r e e - p h a s ec i r c u i t sa n dh a r m o n i c s ，t h eh a r d w a r ed e v i c eo f m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mi se x p e r i m e n t e dt om e a s u r et h ef u n d a m e n t a lp o s i t i v ea n d n e g a t i v es e q u e n c ec u r r e n t sa n dt op r o t e c tt h ed r i v i n gm o t o r t h er e s u l t so fe x p e r i m e n ts h o w t h a tt h ed e s i g n e ds y s t e m 锄r e a l i z eb l o w e r ss t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i cm e a s u r e m e n ta n dd r i v i n g m o t o r sp r o t e c t i o n t h eu s e f u le x p l o r ea n dt r i a lo fa u t o m a t i cm e a s u r e m e n tf o rl a r g eb l o w e r s s t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i ci sm a d e ，w h i c hh a se n g i n e e r i n gs i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：l a r g eb l o w e r ：s t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i c ：i n s t a n t a n e o u s 玎琵吣6 v ep o w e rt h e o r y ；d i g j t a l s i g n a lp r o c e s s o r 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果o 。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢口 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名： 学位论文使用授权声明 月7 日 正 奉太二鑫主赵三在导师的指导下创作完成毕业论丈夺九毫通过论文的答辩劳 已经在西安埋王- 大学申请博壬硬学位0 一本人作为学位论文著作权拥有者同意授权 西安超工太学拥有孥位论文的部分使甫校i 即。董邑获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文；学校可以采用影印 瓦时，面t i n o ，系统加速； 当丁 瓦时，面t i n e 谢、 风机 。_ 一 门 一 电动机 一 v 一 图2 5 三相电源畸变时的能量交换 f i g 2 - 5e n e r g ye x c h a n g ew i t ht h ec o n d i t i o no ft h r e e - p h a s ed i s t o r t e ds o u r c e 有功能量 有功能量 v 目石-一一一 、 风机 。 、一 八 一 电动机 一 v 一 图2 石非理想电源的能量流通 f i g 2 - 6e n e r g ye x c h a n g ew i t ht h ec o n d i t i o no f n o n i d e a lt h r e e - p h a s es o u r c 冶 2 4 重型风机启动特性的间接检测方案 由前两节对重型风机工作系统以及电源、拖动电动机和风机之间能量流通的分析可 知，可以通过检测风机拖动电动机的输入功率p l 和转速力间接测得风机的转矩疋。然而， 考虑到拖动电动机的基波正序平均功率最+ 转化为风机驱动转矩，基波负序平均功率毋一转 化为风机制动转矩，式( 2 1 7 ) 可以改写为 2 4 重型风机启动特性检测的基础理论与方案研究 t s = r l - i 1 掣一等鲁f 因此，只要测得风机拖动电动机的基波正序输入功率、基波负序输入功率名一以及 拖动电动机的转速刀，即可检测出重型风机的启动特性曲线风机的启动转矩随转速变 化曲线。 2 5 本章小结 本章首先在对单轴电力拖动系统分析的基础上，运用电力拖动系统动力学知识详细 分析了重型风机的工作系统，建立了风机运行的数学模型，提出一种通过检测风机拖动电 动机的输入功率和转速间接获得重型风机启动特性的测试方案。 本章研究了交流电路功率基础理论，并运用该理论在多种工作条件下对电源、拖动 电动机和重型风机之间的能量流通机理进行详细的分析，得到如下结论： 拖动电动机消耗的基波正序有功功率转化为重型风机的驱动转矩，拖动风机旋转； 拖动电动机消耗的基波负序有功功率转化为风机的制动转矩，阻碍风机旋转；电动机消耗 的谐波功率部分转化为风机的脉动转矩。因此，无论供电电源三相电压是否对称，无论电 路中是否含有谐波，最终驱动重型风机转动的转矩是由拖动电动机消耗的基波正序有功功 率与基波负序有功功率的差值转化而来的。 西安理工大学硕士学位论文 3 重型风机启动特性测试系统的算法研究 根据上一章的理论分析结果，本章主要对重型风机启动特性间接检测方案中具体参量 的检测算法进行研究，分析传统检测方法存在的不足，提出相应的改进算法。同时，由于 重型风机的拖动电动机的容量较大，系统启动与运行过程中的生产故障时有发生，为了保 证风机工作系统的安全性，以及重型风机启动特性检测的正常工作，还要对拖动电动机的 保护算法进行研究。因此，本章的重型风机启动特性测试系统的算法研究主要包括两个部 分：一是风机启动特性检测算法研究；二是风机拖动电动机保护算法研究。 3 1 重型风机启动特性测试系统的检测算法研究 3 1 1 拖动电动机功率检测理论 由前一章节的分析，风机拖动电动机驱动风机旋转的驱动转矩是由拖动电动机的有 效输入功率，即电动机的基波正序输入功率最+ 与基波负序输入功率甩的差值，转化而来。 因此，需要分别检测出电动机的毋+ 、只一而在三相电压、电流不对称以及发生畸变时， 利用基于平均值的传统功率检测理论不能将基波正序分量、基波负序分量和谐波分开，无 法检测电动机的吃、b 一。本文提出采用一种基于三相电路瞬时无功功率理论的功率检测 方法来检测电动机的有效输入功率。 六基于三相电路瞬时无功功率理论的功率检测 三相电路瞬时无功功率理论是由日本学者赤木泰文在1 9 8 3 年提出的，此后该理论经 不断研究逐渐完善。赤木最初提出的理论亦称阳理论，是以瞬时有功功率p 和瞬时无功 功率口的定义为基础1 。其目的是为了快速检测并联型有源滤波器的谐波与无功功率， 从而为有源滤波器提供参考的补偿电流。该方法为实现谐波、无功的实时补偿提供了理论 依据，后来发展的很多谐波快速检测方法都是基于该方法的思想糊玎。 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法将瞬时功率的波动部分定义为谐波电流和系 统电压作用的结果，并根据该定义来提取谐波分量，而本文主要是运用这种理论运算方法 来提取拖动电动机三相电流中的基波正序电流分量毛f + 、i b f + 、i 毋和基波负序电流分量毛卜、 证、址，将“、拓、珏与三相电压地、u b 、u c 相乘再求和可得到基波正序瞬时功率p f + ， 将毛f 、站f - 、珞一与l l i 、u b 、相乘再求和可得到基波负序瞬时功率p 0 p f + = “。0 + + ”b 0 + + 甜。i “( 3 1 ) p f = “。0 一+ 0 一+ “。o ( 3 2 ) 此时，p f + 由直流分量压+ 和交流分量旃+ 组成。其中，磊+ 为基波电压正序有功分量和基 波正序电流有功分量运算得到的，p f 4 - 为基波电压正序无功分量和基波正序电流无功分量 运算、基波电压负序分量和基波正序电流分量运算、以及谐波电压与基波正序电流分量运 算综合得到的；同理，p f 一也由直流分量磊一和交流分量藏一组成。其中，p f - 为基波电压 重型风机启动特性测试系统的算法研究 负序有功分量和基波负序电流有功分量运算得到的，p e - - 为基波电压负序无功分量和基波 负序电流无功分量运算、基波电压正序分量和基波负序电流分量运算、以及谐波电压与基 波负序电流分量运算综合得到的。因此，对陬和阼进行积分运算后即可得到磊+ 和磊一， 也就是b + 和0 一 p f + = p f + = ；r p “d ，= ；r ( 蚝o + f b f + + “。o ) d r ( 3 3 ) 异一= 磊= 亍1j d r a d ，= ；r ( 蚝。一o 一+ 。) d ， ( 3 4 ) 进而就可检测出电动机的有效输出功率珞= 层+ 一墨。 基于三相电路瞬时无功功率理论的基波电流检测算法有两种运算方式，分别为p 、口 运算方式和、岛运算方式。下面对这两种运算方式进行详细的研究。 1 p 、q 运算方式 本论文研究的电力拖动系统为三相三线制系统，_ - - 相电流、电压的瞬时值分别用矗， 无，屯和，表示，首先将三相电流，如，如和三相电压信号地，蜥，变换为正交 的筇坐标系中的向量，如图3 1 所示，变换式为 黔：引 ， 式一肆 1 2 压 2 咖 口轴 c 图3 - l 筇变换 f i g 3 1 筇t r a n s f o r m a t i o n 进而可以得到三相电路瞬时有功功率p 和瞬时无功功率g ( 3 6 ) 一262j 吾了 西安理工大学硕士学位论文 经低通滤波器( l p f ) 得p 、q 的直流分量歹、虿。电网电压波形无畸变时，歹为基波 有功电流与电压作用所产生，虿为基波无功电流与电压作用所产生。于是，由歹、虿即可 卅( 习 n 8 ， 式中，c 之= c ，r ：。p 、疼算方式的框图如图3 2 所示。 地 l b l t l m l 西 图3 - 2 p 、g 运算方式原理框图 f i g , 3 - 2p r i n c i p l eb l o c kd i a g r a m p 、gc a l c u l a t i n gm o d e s 2 茹、岛运算方式 将三相电流f a 、站、屯进行坐标变换得筇坐标系下的乇、嵇，变换式与( 3 6 ) 相同。再 将毛、扫分别进行正序旋转变换3 3 1 和负序旋转变换得秘、如和岛一、岛一 ( 乏) = q ( 乏) ，q = k ( 一s i n s m 耐t - - 一c 血, 0 s 耐t o t ) 。叻 = e 卧c = ( 二耋：- - s c 洫o s 研o t o 式中，0 = 0 + t ，0 = 0 + 夏，0 - - 0 + l ，0 = t + 乏。s i n ( d t 禾j c o s ，是姒经锁相环 产生的。0 、0 与基波正序电流分量相对应，t 、0 与基波负序电流分量相对应。经过 低通滤波后再进行逆变换即可分别得到基波正序电流分量毛件、毛舢妇和基波负序电流分 量f 加、址、址。测量原理框图如图3 3 所示。 囊呻厂_ 仁西酲刍亡奸卜如 凳j g z 圈c + b 剥陶c l 扭c f +z c 叫广1 h 嫩：r 1 r 1卜 枷匦叫咖s l n 6 7 ：e = 二jl 凳ia爿一!：h!峰剥!削三：=嚣iaf- 图3 3 参、岛运算方式原理框图 f i g 3 3p r i n c i p l eb l o c kd i a g r a m 、岛c a l c u l a t i n gm o d e s 7，j 一、， k 咯 w c = 、，一 k 略 v 0 0 八 他 ，-。一 = p 9 ，f。 i、li，心 口 ， ” = 中式 重型风机启动特性测试系统的算法研究 b 电网电压波形畸变对基波电流检测的影响 首先分析电网电压波形没有畸变的情况，在此基础上分析电网电压波形畸变的影响。 1 电网电压波形无畸变时，设三相电压对称 f ，、if 2 us i n c o t 1 = ki - i 如l 血缸一2 x 3 ) l ( 3 1 1 ) k j 【扣。如缸+ 氖3 ) j 式中，矾为电网电压基波即电网电压的有效值。 电流表达式为 和廿 将上式代入式( 3 5 ) 中算出 将式( 3 1 2 ) 代入式( 3 6 ) 得 妻凰s i n g 研+ 纯) n = l 弘s i l l g 研一2 兀3 + 纯) 打= l 凰如0 耐+ 2 兀3 + 纯) e ) 叫搿j ( p ) , - ( s i n c o t 矿 p 、g 经l p f 滤波得 将上式代入式( 3 8 ) 得 一- c o s i n s a 研，t 弘) k i p 、1 ) = 3 u , i 0 0 4 ( 1 z 千】 n l ls i n 【( 1 一万扮一纯】 睁僦蒌黝 ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) ( 3 1 4 ) ( 3 1 5 ) ( 3 1 6 ) ( 3 1 7 ) 一、， 研 卿 骞一 ，l 成 = 、，j 口 ， ” ，。一 、刘h 鲲纯 、卜卜柏n + v v 蟮2 2 l 峥 一 +吕钟讲 璺伽协 ，= 一 n n 五出血 厶 压压 v v ，-。_ = 、j ：vw：啊 西安理工大学硕士学位论文 睁吨荽瑚 卅州= 气巴二酬= 始兰裂期 可见，机岛运算方式同样准确地算出了诛袜坛。 卜 ”。2i ”由l = i 甜j 羔皿s i l l 白甜+ 缈砌) p l 旭s i l l o 耐一知3 + ) n = l 皿s i n ( n t o t + 2 x 3 + 伊砌) 式中，玑、为各次电压有效值和初相角，且仍= 0 。 将上式代入式( 3 5 ) 得 叫蒜裂) 】 按p 、g 运算方式，将式( 3 2 3 ) 、式( 3 1 4 ) 代入式( 3 7 ) 得 l u 厶c o s 一纯) + 以lc o s 盼千，m 乙f 。 工 厶v p a 工 m w n 、1 j 圳帅洫训+ 萎血协惦纯 r 蒯”i l l l t # 1 l l ( 3 1 8 ) ( 3 1 9 ) ( 3 2 0 ) ( 3 2 1 ) ( 3 2 2 ) ( 3 2 3 ) ( 3 2 4 ) 重型风机启动特性测试系统的算法研究 式中，为区分不同次数谐波的电压和电流，引入了聊，其取值方法与刀相同。 p 、g 的直流分量为 叫嚣乏 将上式代入式( 3 8 ) 得 卧巴坝习 b 2 回 与式( 3 1 7 ) 相比，按上式求得诛珏存在误差。分析可知产生误差的原因有： 式0 2 6 ) 中的蚝、u p 含有谐波，使计算出的赫赫珏中也含有谐波。 式( 3 1 7 ) 中的歹、虿只有基波电压、电流相作用的成份，而式( 3 2 6 ) 中的歹、虿多 了由各次谐波电压、电流相作用的成份。 3 三相电网电压不对称时，电压中将包含负序分量和零序分量。由锁相环( p l l ) 及 正余弦发生电路得到的正余弦信号的相位是由u a 确定的，其中，正弦信号与地同相，即 与, a 的正序分量、负序分量及零序分量之和同相。而期望的正弦信号s i n o x 应与的正序 分量同相。这样，实际的正弦信号与期望的正弦信号之间就有相位差。设此相位差为口， 实际的正余弦信号分别为s i n ( 耐+ p ) 和一c o s 伽+ 乡) 。 此时，三相电流为 = lki _ l 乙j 变换至妒坐标 主v 玩+ s i n g 耐+ ) + 凰一s i i l g 甜+ ) 】 ，奢l 帆咖o 耐一2 兀3 + + ) + 皿s i n ( n o x + 2 扪+ ) 】 n = l 帆s i n ( n a , v + 2 扪+ ) + 弘一s i n ( n 研一2 们+ ) 】 盼 ( 3 2 7 ) 芝她。s i n ( h o o t + ) + 弘：s i l l g 研+ ) 】1 曩风。s g 耐+ ) + 风：螂。饼+ ) 】| 2 酌 在此情况下，k 岛为 ；：) = 压妻l + c o s 酝一1 妇+ + 一p 卜历妻oc o s 鼢+ l 扮+ + 护】 n = l n * l 一压主厶+ s i n 骱一l 炳+ + 一p 卜压妻一s i i l b + 1 枷+ + 秒】 n = ln = l ( 3 2 9 ) 3 1 西安理工大学硕士学位论文 它们的直流分量为 盼q 乏受二劝 由此算出 蹦兰二霉：瓣( 鬈：) ) 再经过反变换得 盼 ( 3 3 0 ) ( 3 3 1 ) 这表明，易、岛运算方式在电网电压不对称时，仍能正确地检测出基波正序电流分量，同 理，亦能正确地检测基波负序分量。可见，因电压不对称引起的正余弦信号相位偏差不影 响最终检测结果的准确性洲。 由上述分析结果推广可知，对于三相三线制电路，只要电网电压波形发生畸变，而不 论三相电压、电流是否对称，小g 运算方式的检测结果都有误差，只是误差的情况将有所 不同；而按、岛运算方式检测时，由于只取s i n 耐、一c o s c o t 参与计算，畸变电压的谐波 成份在运算过程中不出现，因而检测结果不受电压波形畸变的影响，检测结果是准确的， 且无论三相电压、电流对称与否，该运算方式仍能准确检测出基波正序电流分量和基波负 序电流分量。因此，论文采用基于三相瞬时无功功率理论的、运算方式来检测拖动电 动机定子的三相基波正序电流分量f a 什、毛件、- 和基波负序电流分量f a f - 、如卜、拓一，分别 将其代入( 3 3 ) 、( 3 4 ) 式即可得到拖动电动机的有效输入功率。 3 1 2 拖动电动机功率检测算法的仿真 采用m a t l a b i s i m u l i n k 仿真软件对上述研究的结论进行仿真l l l l 搭建的仿真模型如 图3 _ 4 所示。其中，s o u r c e s 为三相电压、电流产生模块，具体电路采用三相三线制，以r l 为负载，供电电源频率为5 0 h z ；c 3 2 、c 2 3 、c + 、c 一是根据、岛运算方式中的变换矩阵 搭建的矩阵变换模块。在对拖动电动机功率检测算法仿真时，将本文提出的检测算法测得 结果与传统平均值算法测得结果进行对照分析。 1 理想情况 仿真参数：电源电压吒= 2 5 0 s i n ( 2 1 t x5 0 t ) 、= 2 5 0 s i n ( 2 z x 5 0 t 一2 衫3 ) m 、 砧。= 2 5 0 s i n ( 2 兀x 5 0 t + 2 x 3 ) ；负载r = r = 足= l o f t ，厶= 厶= 丘= 2 x 1 0 3 h 。 仿真结果如图3 5 所示。四幅图从上往下依次为a 相负载电流屯、a 相负载基波正序电 流分量f m 、a 相负载基波负序电流分量i 抑三相负载功率p ( 其中，曲线1 根据传统的平均 值功率理论测得，曲线2 根据本文提出的检测算法测得珞= 乓+ 一b 一) ，图3 6 图3 9 的表 示情况与此相同。 21 ) ，许纷 + j 卜讯 + v v 协以叱 g 协协风摇 届届 重型风机启动特性测试系统的算法研究 从仿真图可见，此时的负载基波负序电流为零，负载电流j l i 与负载基波正序电流分量 。波形相同，曲线l 和曲线2 重合。 2 负载不对称情况 仿真参数：电源电压蚝= 2 5 0 s i n ( 2 x x5 0 t ) 0 0 、= 2 5 0 s i n ( 2 x x 5 0 t 一2 彬) 、 以。= 2 5 0 s i n ( 2 兀x 5 0 t + 2 1 t 3 ) ；负载置= l o q 、r = lq 、r = 5 0 q ，三i = 2 x 1 0 _ 3 h 、 厶= 2 0 x 1 0 。3 h 、丘= 0 2 x 1 0 3 h 。 仿真结果如图3 6 所示。此时的负载基波负序电流不为零，负载电流厶由基波正序电流 分量讧和基波负序电流。两部分组成，但由于负载电压中没有负序分量，基波负序功率 甩为零，因此，曲线l 和曲线2 仍重合。 图3 - 4 拖动电动机功率检测仿真模型 f i g 3 - 4s i m u l a t i o nm o d e lo f d r i v i n gm o t o rp o w e rd e t i 蜘o n 薹。 舶 图3 5 理想情况的仿真图 f i g 3 5s i m u l a t i o nc u r v e s 、 r i n li d e a lc o n d i t i o n 3 供电电压不对称情况 锄 o j 锄 薹。 棚 图3 - 6 负载不对称时的仿真图 f i g 3 _ 6s i m u l a t i o nc u i v e sw i t hu n b a l a n c el o a d s 仿真参数：电源电压匕= 2 5 0 s i n ( 2 x x 5 0 t ) 、= 2 0 0 s i n ( 2 z x 5 0 t 一2 x 3 ) 、 。= 3 0 0 s i n ( 2 z x 5 0 t + 2 x 3 ) ；负载r = r = 足= 1 0 q ，三= 厶- - - l 。= 2 x 1 0 旬h 。 仿真结果如图3 7 所示。此时的负载电流的基波负序分量不为零，负载电压中也含有 3 3 西安理工大学硕士学位论文 负序分量，基波负序功率足一不为零，曲线l 和曲线2 之间出现了较大的差异。 4 供电电压含有谐波情况 仿真参数：电源电压 ”。= 2 5 0 s i i l ( 2 兀5 0 f ) + 4 0 s i i l ( 2 冗2 0 m ) o r ) 、 = 2 5 0 s i n ( 2 兀x5 0 t 一2 z 3 ) + 4 0 s i n ( 2 x 2 0 0 t 一2 衫3 ) o r ) 、 = 2 5 0 s i n ( 2 1 r x 5 0 t + 驯3 ) + 4 0 s i n ( 2 x x 2 0 0 t + 2 z 3 ) ； 负载r = r = 足= i o q ，丘= 厶= 厶= 2 x 1 0 。3 h 。 仿真结果如图3 8 所示。此时的负载电流含有谐波成份，但由于电路是对称的，负载 基波负序电流。为零，负载基波正序电流分量。的波形与理想情况下的相同，曲线1 和曲 线2 之间出现了较大的差异。 5 供电电压含有谐波且不对称情况 仿真参数：电源电压 l i i = 2 5 0 s i n ( 2 x x s o t ) + 4 0 s i n ( 2 z x 2 0 0 t ) m 、 = 2 0 0 s i n ( 2 e x 5 0 t - 2 z 3 ) + 3 2 s i n ( 2 x x 2 0 ( 0 - 2 x 3 ) 、 以。= 3 0 0 s l n ( 2 兀x5 0 t + 2 x 3 ) + 4 8 s i n ( 2 z x2 0 0 t + 2 9 3 ) m ； 负载r = r = 足= 1 0 f 2 ，丘= 厶= 厶= 2 x 1 0 寸h 。 仿真结果如图3 9 所示。此时的负载电流含有谐波成份，且由于电路电压的不对称， 负载基波负序电流址不为零，由于谐波功率和基波负序功率的存在，曲线1 和曲线2 之间 的差异变得更大。 通过将仿真结果和理论计算结果进行比较分析得到：茹、岛运算方式可以准确地检测 出基波正序功率和基波负序功率，不受三相电路不对称以及谐波的影响。 善。 锄 盖。 棚 却 差。 锄 图3 - 7 供电电压不对称时的仿真图 f i g 3 7s i m u l a t i o nc u r v e sw i t h u n b a l a n c ev o l t a g e s 柚 薹。 秘 墨。 锄 暑。 棚 i i 图3 8 电路含有谐波时的仿真图 f i g 3 - 8s i m u l a t i o nc u r v e sw i t hh a r m o m cv o l t a g e s 重型风机启动特性测试系统的算法研究 o o 脚 墨。 锄 ： ! ： ： j ； ； ； ： ： ：a ：瓜j a ：；a ：仓；a ：a ：a ：小；仓：八：a ； ； i i ： ；j；i ：。 ： 伪 图3 - 9 供电电压不对称且含有谐波时的仿真图 f i g 3 - 9s i m u l a t i o nc u n 他sw i t l lu n b a l a n c ev o l t a g e sa n dh a r m o n i c s 3 1 3 拖动电动机交流量采集算法 电动机输入功率是由电动机定子的三相电压和三相电流运算测得的，而在对拖动电动 机的三相电压和电流进行交流采样时，得到的是电参量在一个周期内的离散量。此时，式 ( 3 3 ) 、式( 3 4 ) 相应的离散化公式可以表示为 - i = 寺( 以) k “( 刀) + ( 力) f b m o ) + ( 尼) 饥( 硼 ( 3 3 3 ) j ，枷 ，- 1 墨= 寺【( 刀) o 一( 帕+ u w ( 功一( 以) + ( 功o 。( 刀) 】 ( 3 3 4 ) jj n * o 式中，为一个周期内的采样点数。在上式的计算中，要求是从固定起始点似= o ) 定义的一 个整周期的个采样数据同时参与计算，算得该周期的、毋一的值，下一个周期继续进 行交流采样，获得第二组实时数据，按上式计算求得第二个周期的异+ 、墨的值，计算数 据结构如图3 1 0 所示( 图中以某一相的电压、电流计