异步电动机的启动.doc

3.1 异步电动机直接转矩控制启动方法启动是异步电动机直接转矩控制中的一个重要的过程，决定着系统能否平稳进入稳态运行。由于直接转矩控制不对电流进行直接控制，所以启动时若磁链和转矩建立过快易产生定子过电流。定子电流过大会威胁逆变器功率元件的安全，甚至导致系统无法正常运行。因此，有必要对异步电动机直接转矩控制启动方法进行研究。3.1.1 三种启动方法（1）串行启动法这种方法是把启动过程分为两个步骤，首先调节磁通，使其幅值在最短时间达到参考值。在启动前，可以认为磁通幅值、幅角等于零。在启动初始时刻即t=0时可选择电压矢量U1，此时磁通矢量与U1同向增加，幅角为零。在t0以后的开关间隔内，为了保持幅角不变，幅值增加率达到最大，根据电压矢量与磁通关系，应一直选择电压矢量U1，直到磁通达到参考值。这期间相当于直流电压作用于电机上，磁通幅角一直为零，所以转矩为零。第2步，根据转矩和磁通幅角的关系，在保证磁通幅值不变的情况下，使磁通幅角以最大角速度转动，使转矩快速达到参考值。串行启动方式磁链的建立过程如图3-1所示。图3-1 串行启动方式的磁链轨迹（2）并行启动法指在启动时，在每个开关间隔内，同时增加磁通和转矩，使它们几乎同时达到参考值，但不能保证在每个开关间隔内二者增加率都为最大。并行启动方式磁链的建立过程如图3-2所示。图3-2 并行启动方式的磁链轨迹（3）混合启动法这种启动方法是结合串行法和并行法提出的。从启动时刻到实际磁通达到参考值一半这段时间，采用与串行法相同的控制策略，然后采用并行法，同时调节转矩和磁通。混合启动方式磁链的建立过程如图3-3所示。图3-3 混合启动方式的磁链轨迹3.1.2 三种启动方式仿真结果比较分析（1）定子电流和定子磁链幅值波形分析 三种启动方式下，异步电动机的定子电流和定子磁链幅值的仿真波形分别如图3-4和图3-5所示。图3-4 三种启动方式下的定子电流波形图3-5 三种启动方式下的定子磁链幅值波形串行启动时，定子绕组上直接加了直流电压，所以定子电流和定子磁链幅值迅速上升，定子电流过载很大；并行启动时，定子电流和定子磁链幅值上升得都比较缓慢，定子电流过载相对比较小；混合启动法综合了前面两种方法，先增加定子磁链到额定值的一半，然后再缓慢增加磁链和转矩，其响应速度适中，定子电流过载较小，是一种比较理想的启动方法。由图3-5可以看出，并行启动下定子磁链幅值分段上升，且各段上升的斜率越来越小。这是由于，且逐渐增大造成的。（2）电机转矩和转速波形分析三种启动方式下，异步电动机的转矩和转速波形分别如图3-6和图3-7所示。图3-6 三种启动方式下的电机转矩波形图3-7 三种启动方式下的电机转速波形3种方法都使转矩均匀增加，只是增加的斜率不同，导致达到参考值时间不同，串行法最快，混合法其次，并行法最慢。但在0.01s内，三种启动方式的转矩都能达到参考值。由于电机转动惯量大、转速上升慢，所以三种启动方式下电机的转速波形基本相同。3.2异步电动机直接转矩控制限流启动方法3.2.1限制启动电流的原理在原有直接转矩控制系统的基础上，增加了启动电流滞环,同时增加了启动阶段的矢量选择单元，待启动完成后系统转入正常的运行阶段。控制系统框图如图3-8所示。图3-8具有限制启动电流的直接转矩控制原理框图1.具有启动电流限幅环节的并行启动1）施加矢量选择表中选择的电压矢量。定子磁链幅值和定子电流迅速上升，电磁转矩迅速上升，转速也随之上升。根据不同的参数，定子磁链幅值在定子电流上升至限幅值之前可能到达参考值，也可能未达到参考值。2）交替施加矢量选择表中的电压矢量和零矢量。当定子电流上升至限幅值后，零矢量开始起作用，使得定子电流始终限制在滞环内。由于这一阶段零矢量的作用，电磁转矩上升的趋势，以及定子磁链幅值上升的趋势均比第1）步较慢。待电磁转矩上升至给定转矩时，定子电流下降，系统进入正常的调速阶段。2. 具有启动电流限幅环节的串行启动增加一个给定转矩延时环节，在这一延时内，始终施加同一非零矢量，使得定子磁链幅值迅速达到参考值，然后再施加给定转矩，从而使得在恒磁通条件下升高电磁转矩。1）在给定转矩延时内，施加任意一个非零矢量。定子磁链幅值和定子电流迅速上升，定子电流在定子磁链上升至参考值之前可能到达限幅值，也可能未到达限幅值。2）交替施加第1）步中的非零矢量和零矢量，由于零矢量的作用可使定子电流的幅值保持在设定的滞环范围内。3）施加矢量选择表中正确的电压矢量或零矢量。电磁转矩跟随给定转矩上升，转速也随之上升，由于零矢量的作用，可使定子电流幅值不会超过限幅值，当定子电流幅值下降后，系统进入正常调速阶段,至此之后系统所施加矢量均为矢量选择表输出的矢量。3.2.2 仿真分析启动电流限幅值设为600A，并进行仿真。三种限制电流启动方式下，异步电动机的定子电流、磁链、转矩和转速波形如下面各图所示。图3-9 不同限制电流启动方式的定子电流波形图3-10 不同限制电流启动方式的定子磁链幅值波形图3-11 不同限制电流启动方式的电机转矩波形图3-12 不同限制电流启动方式的电机转速波形由图3-9可知，增加电流限幅环节后，电机的定子电流被限制在限幅值范围之内，验证了该异步电动机直接转矩控制限流启动方法的有效性。由图3-10和图3-11可以看出，限制启动电流后，异步电动机的转矩和定子磁链的纹波增大了。这是由于限制启动电流频繁加入零电压矢量造成的。为了避免频繁的加入零电压矢量造成转矩和定子磁链纹波增大，可以采用逐渐增加定子磁链和转矩参考值的方法。由于定子磁