異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

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1、3.1異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)方法啟動(dòng)是異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中的一個(gè)重要的過(guò)程，決定著系統(tǒng)能否平穩(wěn)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。由于直接轉(zhuǎn)矩控制不對(duì)電流進(jìn)行直接控制，所以啟動(dòng)時(shí)若磁鏈和轉(zhuǎn)矩建立過(guò)快易產(chǎn)生定子過(guò)電流。定子電流過(guò)大會(huì)威脅逆變器功率元件的安全，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。因此，有必要對(duì)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)方法進(jìn)行研究。3.1.1三種啟動(dòng)方法（1）串行啟動(dòng)法這種方法是把啟動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)步驟，首先調(diào)節(jié)磁通，使其幅值在最短時(shí)間達(dá)到參考值。在啟動(dòng)前，可以認(rèn)為磁通幅值、幅角等于零。在啟動(dòng)初始時(shí)刻即t=0時(shí)可選擇

2、電壓矢量U1，此時(shí)磁通矢量與U1同向增加，幅角為零。在t>0以后的開(kāi)關(guān)間隔內(nèi)，為了保持幅角不變，幅值增加率達(dá)到最大，根據(jù)電壓矢量與磁通關(guān)系，應(yīng)一直選擇電壓矢量U1，直到磁通達(dá)到參考值。這期間相當(dāng)于直流電壓作用于電機(jī)上，磁通幅角一直為零，所以轉(zhuǎn)矩為零。第2步，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和磁通幅角的關(guān)系，在保證磁通幅值不變的情況下，使磁通幅角以最大角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)矩快速達(dá)到參考值。串行啟動(dòng)方式磁鏈的建立過(guò)程如圖3-1所示。圖3-1串行啟動(dòng)方式的磁鏈軌跡（2）并行啟動(dòng)法指在啟動(dòng)時(shí)，在每個(gè)開(kāi)關(guān)間隔內(nèi)，同時(shí)增加磁通和轉(zhuǎn)矩，使它們幾

3、乎同時(shí)達(dá)到參考值，但不能保證在每個(gè)開(kāi)關(guān)間隔內(nèi)二者增加率都為最大。并行啟動(dòng)方式磁鏈的建立過(guò)程如圖3-2所示。圖3-2并行啟動(dòng)方式的磁鏈軌跡（3）混合啟動(dòng)法這種啟動(dòng)方法是結(jié)合串行法和并行法提出的。從啟動(dòng)時(shí)刻到實(shí)際磁通達(dá)到參考值一半這段時(shí)間，采用與串行法相同的控制策略，然后采用并行法，同時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和磁通?；旌蠁?dòng)方式磁鏈的建立過(guò)程如圖3-3所示。圖3-3混合啟動(dòng)方式的磁鏈軌跡3.1.2三種啟動(dòng)方式仿真結(jié)果比較分析（1）定子電流和定子磁鏈幅值波形分析三種啟動(dòng)方式下，異步電動(dòng)機(jī)的定子電流和定子磁鏈幅值的仿真波形分

4、別如圖3-4和圖3-5所示。圖3-4三種啟動(dòng)方式下的定子電流波形圖3-5三種啟動(dòng)方式下的定子磁鏈幅值波形串行啟動(dòng)時(shí)，定子繞組上直接加了直流電壓，所以定子電流和定子磁鏈幅值迅速上升，定子電流過(guò)載很大；并行啟動(dòng)時(shí)，定子電流和定子磁鏈幅值上升得都比較緩慢，定子電流過(guò)載相對(duì)比較?。换旌蠁?dòng)法綜合了前面兩種方法，先增加定子磁鏈到額定值的一半，然后再緩慢增加磁鏈和轉(zhuǎn)矩，其響應(yīng)速度適中，定子電流過(guò)載較小，是一種比較理想的啟動(dòng)方法。由圖3-5可以看出，并行啟動(dòng)下定子磁鏈幅值分段上升，且各段上升的斜率越來(lái)越小。這是由于，

5、且逐漸增大造成的。（2）電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形分析三種啟動(dòng)方式下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形分別如圖3-6和圖3-7所示。圖3-6三種啟動(dòng)方式下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形圖3-7三種啟動(dòng)方式下的電機(jī)轉(zhuǎn)速波形3種方法都使轉(zhuǎn)矩均勻增加，只是增加的斜率不同，導(dǎo)致達(dá)到參考值時(shí)間不同，串行法最快，混合法其次，并行法最慢。但在0.01s內(nèi)，三種啟動(dòng)方式的轉(zhuǎn)矩都能達(dá)到參考值。由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、轉(zhuǎn)速上升慢，所以三種啟動(dòng)方式下電機(jī)的轉(zhuǎn)速波形基本相同。3.2異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制限流啟動(dòng)方法3.2.1限制啟動(dòng)電流的原理在原有直接轉(zhuǎn)矩控制

6、系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了啟動(dòng)電流滯環(huán),同時(shí)增加了啟動(dòng)階段的矢量選擇單元，待啟動(dòng)完成后系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常的運(yùn)行階段?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3-8所示。圖3-8具有限制啟動(dòng)電流的直接轉(zhuǎn)矩控制原理框圖1.具有啟動(dòng)電流限幅環(huán)節(jié)的并行啟動(dòng)1）施加矢量選擇表中選擇的電壓矢量。定子磁鏈幅值和定子電流迅速上升，電磁轉(zhuǎn)矩迅速上升，轉(zhuǎn)速也隨之上升。根據(jù)不同的參數(shù)，定子磁鏈幅值在定子電流上升至限幅值之前可能到達(dá)參考值，也可能未達(dá)到參考值。2）交替施加矢量選擇表中的電壓矢量和零矢量。當(dāng)定子電流上升至限幅值后，零矢量開(kāi)始起作用，使得定子電流始終

7、限制在滯環(huán)內(nèi)。由于這一階段零矢量的作用，電磁轉(zhuǎn)矩上升的趨勢(shì)，以及定子磁鏈幅值上升的趨勢(shì)均比第1）步較慢。待電磁轉(zhuǎn)矩上升至給定轉(zhuǎn)矩時(shí)，定子電流下降，系統(tǒng)進(jìn)入正常的調(diào)速階段。2.具有啟動(dòng)電流限幅環(huán)節(jié)的串行啟動(dòng)增加一個(gè)給定轉(zhuǎn)矩延時(shí)環(huán)節(jié)，在這一延時(shí)內(nèi)，始終施加同一非零矢量，使得定子磁鏈幅值迅速達(dá)到參考值，然后再施加給定轉(zhuǎn)矩，從而使得在恒磁通條件下升高電磁轉(zhuǎn)矩。1）在給定轉(zhuǎn)矩延時(shí)內(nèi)，施加任意一個(gè)非零矢量。定子磁鏈幅值和定子電流迅速上升，定子電流在定子磁鏈上升至參考值之前可能到達(dá)限幅值，也可能未到達(dá)限幅值。2）交替

8、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電流的幅值保持在設(shè)定的滯環(huán)范圍內(nèi)。3）施加矢量選擇表中正確的電壓矢量或零矢量。電磁轉(zhuǎn)矩跟隨給定轉(zhuǎn)矩上升，轉(zhuǎn)速也隨之上升，由于零矢量的作用，可使定子電流幅值不會(huì)超過(guò)限幅值，當(dāng)定子電流幅值下降后，系統(tǒng)進(jìn)入正常調(diào)速階段,至此之后系統(tǒng)所施加矢量均為矢量選擇表輸出的矢量。3.2.2仿真分析啟動(dòng)電流限幅值設(shè)為600A，并進(jìn)行仿真。三種限制電流啟動(dòng)方式下，異步電動(dòng)機(jī)的定子電流、磁鏈、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形