利用pspice之單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬與分析

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1、中州學(xué)報(bào)第二十八期調(diào)速驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)對(duì)於市電污染程度分析陳世寬1翁梓翔2呂俊鋒3吳堅(jiān)本4鄭志研51.3.4中州技術(shù)學(xué)院電機(jī)工程系2.5中州技術(shù)學(xué)院工程技術(shù)研究所-331-中州學(xué)報(bào)第二十八期摘要由於電力半導(dǎo)體技術(shù)改進(jìn)，使得非線性負(fù)載的使用大幅成長(zhǎng)，其所衍生的電源品質(zhì)問(wèn)題也日漸嚴(yán)重，本研究主要分析調(diào)速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用於三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，其所造成的電流諧波。利用Matlab/Simulink建立感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，並使用SimPowerSystems(SPS)模塊以電路方式建構(gòu)完整調(diào)速驅(qū)動(dòng)模型，藉由二者來(lái)進(jìn)行模擬，證明其模擬的可行性。關(guān)鍵字：非線性負(fù)載、調(diào)速驅(qū)動(dòng)器、電流諧波一、緒論三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

2、單、維護(hù)容易，並且運(yùn)轉(zhuǎn)特性穩(wěn)定可滿足許多機(jī)械傳動(dòng)要求，是工業(yè)一大主要?jiǎng)恿?lái)源，但其調(diào)速性能差，在要求平滑調(diào)速及轉(zhuǎn)速範(fàn)圍寬廣的場(chǎng)合，過(guò)去往往受直流電動(dòng)機(jī)所取代，近年來(lái)隨電力電子元件技術(shù)發(fā)展後，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)由改變頻率的調(diào)速方式[1]，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)已是相當(dāng)常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)控制，且調(diào)速特性亦能與直流電機(jī)相媲美，然而一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)並不適合如此的操作方式，其主要原因是由於，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的製造與設(shè)計(jì)過(guò)程上，在各等級(jí)的馬力輸出、轉(zhuǎn)矩及效率...等要求中，於符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)範(fàn)內(nèi)，製作上為降低成本，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)均設(shè)計(jì)在接近鐵心飽和點(diǎn)，這樣的設(shè)計(jì)致使在同樣的電壓下，頻率降低時(shí)鐵心容易飽和，在鐵心的磁通與頻率成反比的關(guān)係下，磁化

3、電流、鐵心損失及漏磁損失增加，造成感應(yīng)電動(dòng)機(jī)溫升且使用壽命縮短；此外，在頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程中也造成了諧波問(wèn)題；頻率造成電機(jī)特性的影響，可利用數(shù)學(xué)式推論得知，然而改變頻率式調(diào)速器照成的電流諧波，則需經(jīng)由整體的模擬分析，才能將電路間複雜關(guān)係顯現(xiàn)，藉以瞭解電流諧波特性。諧波是電力品質(zhì)中所探討的重要一環(huán)，根據(jù)美國(guó)電子與電機(jī)工程師學(xué)會(huì)(TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE)的配電系統(tǒng)電壓品質(zhì)工作小組(WorkingGrouponDistributionVoltageQuality)」及「加拿大電機(jī)學(xué)會(huì)(CanadianElectricalAs

4、sociation,CEA)」，以不同觀點(diǎn)分別定義為“電力系統(tǒng)擾動(dòng)的相對(duì)缺失程度(Therelativeabsenceofpowerdisturbance)”及“某一電力條件情況下，電器設(shè)備性能的滿意程度(Thesatisfactoryperformanceofelectricalequipmentinagivenelectricalenvironment)”，前者是以電力公司為立場(chǎng)，所定義之電力品質(zhì)可以簡(jiǎn)述為電力系統(tǒng)對(duì)污染源(用戶)之接受度，後者以用戶為立場(chǎng)，定義電力品質(zhì)為用戶對(duì)電力公司供電品質(zhì)之滿意度；整體而言電市所受污染(pollution)而呈現(xiàn)非正弦的電壓或電流，表示其中含有諧波成份

5、(Harmonics)，依階次來(lái)界定可將諧波分為直流、間級(jí)諧波…等類型，而干擾主要來(lái)源是由於電力系統(tǒng)元件的非線性特性(如變壓器鐵心飽、可飽和電抗…等)，及產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備例如功率電子式變流設(shè)備、交流控制器、電弧爐、螢光燈…等汲取非正弦波的電力系統(tǒng)負(fù)載，諧波干擾可以頻譜來(lái)表示，亦可使用“總諧波失真(TotalHarmonicDistortion,THD)”以單一值來(lái)表示。-331-中州學(xué)報(bào)第二十八期諧波電壓與電流的產(chǎn)生已受工程人員長(zhǎng)久受關(guān)切，並且被證實(shí)會(huì)造成電器設(shè)備溫升，降低電器使用壽命，本研究主要探討諧波問(wèn)題，尤其著重在電流諧波方面，研究結(jié)果有利於評(píng)估電流的失真程度，以做為改善電力品質(zhì)的參考

6、與依據(jù)；在諧波分析中，一項(xiàng)相當(dāng)重要的工作為建立諧波源的架構(gòu)模型，以期正確預(yù)測(cè)產(chǎn)生的特性諧波，電流諧波多由非線性負(fù)載產(chǎn)生，本文中的電力電子式調(diào)速器為AC/DC/AC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，即是眾多非線性負(fù)載中，相當(dāng)?shù)湫偷膽?yīng)用，也是電力工業(yè)中相當(dāng)廣泛的諧波源。二、相關(guān)理論及模擬應(yīng)用1.調(diào)速驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)圖1　AC/DC/AC轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，由圖1可瞭解到主要由三個(gè)部份組成：交流至直流換流器(AC/DCconverter)、直流連結(jié)(DClink)、直流至交流變流器(DC/ACinverter)。換流器將60Hz之交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，由於換流過(guò)程中電力元件的切換，此換流器將注入電流諧波至電力系統(tǒng)中

7、，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中直流連結(jié)部份會(huì)產(chǎn)生漣波電流諧波，此漣波電流也會(huì)滲入電力系統(tǒng)中。而變流器是用來(lái)將直流電壓轉(zhuǎn)換為可變頻率的交流電壓給負(fù)載，此變流器將會(huì)在直流連結(jié)電流注入電力系統(tǒng)中時(shí)加入額外的漣波，特別是由交流至直流轉(zhuǎn)換器及直流至交流變流器交互作用所產(chǎn)生的非整數(shù)諧波。在本研究架構(gòu)中將採(cǎi)用正弦波寛調(diào)變理論，將輸出至感應(yīng)電機(jī)的工作頻率分別控制在10Hz至60Hz間，且經(jīng)由快速傅利葉級(jí)數(shù)，分析三相交流電源端之電