Vol.21 No.4 王克成等：感应电动机双馈调速的3种最佳控制方法 401· 2双馈系统性能指标最佳控制的3种 下，由于电流分配的状况发生了变化，转子电流 方式 超过其额定值，而定子电流却尚未达到其额定 值，这就使原有的系列电动机的定、转子功率， 在采用双馈电动机调节无功功率时，必须 都不太适合双馈运行的要求.所以，在设计专用 注意如下2个问题：由于增加了转子侧的无功 的双馈电动机时，应该适当改变定、转子绕组的 功率而增大了转子电流有效值，这将使电动机 功率分配，增加转子绕组的功率，并相应地减小 的转子温度升高：另外，为了产生必须的转子电 定子绕组功率，而电动机总容量基本保持不变 流而增大了转子电压，从而增加了电动机转子 另一种双馈电动机的控制方式，就是电动 侧的变频器容量. 机损耗最小的控制方式.这种控制方式是通过 一般情况下，总是希望双馈系统的总功率 调节转子电压的幅值和相位，合理地分配定子 因数越高越好，事实上国内现有的绕线式感应 电流和转子电流，使得在给定的任何转矩下，都 电动机都不是按双馈运行的特殊要求制造的， 能保持电动机的铜损为最小值，电动机的铜损 因此，单纯地追求总功率因数高，而不考虑其他 △P可以表示为如下关系式： 因素，是不够实际的.笔者经过大量的实验研 △P=r(品+，)+r(话) (14) 究，认为按定子侧无功功率Q,=0进行控制，不 由式(5)解出：，-如+Tk,并且将这一 但可以使转子的电流过负荷系数较小，而且系 关系式代入式(14)，得到： 统的总功率因数也接近最优值， 在dp同步坐标轴系中，在额定负载转矩的 △P r+r2+ir+r(15) 情况下，转子有功电流应等于感应电动机转 子短路时的额定有功电流i,由《电机学》的 再求△P的偏导数，并令：a△P/Oiu=0: 理论可知，这时应有： a△P/ai,=0:a△P/∂ia=0;a△P/0ig=0就可以 也ua餐店影 (10) 求出最小损耗控制方式时，转子电流的给定值. 为了便于说明问题，可以附加一些符合工 式中：下标e表示额定值；k=Ln/L;o=1- 程实际的假定条件，以便简化运算.首先假定双 L2/(LL):X为电动机的短路电抗，X=X+X. 馈电动机的定子电压幅值和相位都是恒定的， 当定子侧的无功功率P=0时，定子无功电 其次假定”=0，并且忽略定子回路的过渡过程. 流i,=0,由式(7)可知，这时的转子无功电流 在上述假定条件下，由式(6)和式(8)可得： 为： iz =-Viml(@oLm) (11) is =Ts @oL ka Vim 在额定转矩时，转子的全电流1m=√+运，为： in-To oLnLa (16) ViS.k S.cL km Vim LI +aiSoL =(2) Vi+wiS:oL S&aw6Lmk好 (12) 将以上得到的i、ia和代入式(14)得： 考虑到1a=cosp,所以转子的额定电流 +元·因此，转子的全电流可 为：e= VS.k 加(%)品*气装+ (2*) 2 (17) 以写成： 对上式求△P/ai,=0,就可以求出在给定 1:=1 (13) 转矩值的情况下，双馈电动机铜损最小时的各 式中原+n*为转特子电 个电流值： 流有效值的过负荷系数 i 计算结果表明，对于50kW~1MW的电动 机，转子的全电流比额定电流增加10%~12%： Vinr2 @oL (kir+r2) 对于3MW的电动机，转子的功率增加不超过 (18) 2%3%. h= Ta@oLy km Vim 通过以上的分析可知，在保持Q=1的条件 Vmk好ri @oLm(kir+r2)心 l V t N 1 2 0 . 工 克 成等 4 : 感 应 电动机 双馈 调速 的 种 最佳控 制方 法 3 双馈系统性能指标最佳控制的 种 2 3 方式 在采用 双 馈 电动机调 节 无 功功率时 , 必 须 注 意如 一 下 2 个 问题 : 由于 增 加 了转 子侧 的 无功 功率而 增大 了 转子 电流有 效值 , 这将 使 电动机 的转 子温度升 高 ; 另外 , 为了产 生必 须的转子 电 流 而 增大 了转 子 电压 , 从 而 增加 了 电 动 机转子 侧的变频器容 量 . 一 般情况 下 , 总 是 希望双馈 系统 的总功率 因 数越 高越好 , 事 实上国 内现有 的绕线 式感应 电动机都不 是按双馈运行 的特殊要求制造的 . 因 此 , 单纯地追求总功率 因数高 , 而 不 考虑其他 因素 , 是不够实际 的 . 笔者经 过大量 的实验研 究 , 认为按定子侧 无功功率 Q , = o 进行控制 , 不 但可 以使转子 的电流过 负荷 系数较小 , 而 且 系 统 的总功率 因数也接近最优值 . 在 咖 同步坐标轴系中 , 在 额定负载转矩 的 情 况下 , 转子坛 有功电流应 等于 感应 电动机转 子 短路时 的额定有功 电流坛 。 . 由《电机学》 L, ,的 理论 可知 , 这 时应有 : 环 m凡k . 乃 矶 , 凡无r, 坛 二 坛 。 = ~ 了一埋笋号带不 刽 二带罕书兴拐 ( 10 ) 心 ’ 试 , 雌+ 端 护交鱿 一 片+ 义刀 式 中 : 下 标 e 表 示 额 定 值 ; k : = L 。 L/ , ; 。 = 1一 L豁仪 1岛) ; 瓜 为电动机 的短路 电抗 , 龙 二 龙 七砚 . 当定子侧 的无功功率 sP = 0 时 , 定子无功 电 流 乙 , = 0 . 由式 ( 7) 可 知 , 这时 的转子无功 电流 为 : 杨二 一 匕 , /( . OL m ) ( 1 1 ) 在额 定转矩 时 , 转子 的全 电流人 m 一 、 /不 , 霭为 : 下 , 由于 电流分配 的状况发生 了变化 , 转子 电流 超 过其额定值 , 而 定子 电流却 尚未达 到其额定 值 , 这 就 使原有 的 系列 电动 机 的定 、 转子 功 率 , 都不 太适合双馈运 行的要求 . 所 以 , 在设计专用 的双馈 电动机 时 , 应 该 适 当改变定 、 转子 绕组 的 功率分配 , 增加转子 绕组 的功率 , 并相 应地减小 定子绕组功率 , 而 电动机总容量基 本保持 不变 . 另一 种双馈 电动 机 的控 制方式 , 就 是 电动 机损耗最 小的控 制方式 . 这种控制方 式是 通过 调 节转子 电压 的幅值和 相位 , 合理地 分配 定子 电流和 转子 电流 , 使得在给定 的 任何转矩下 , 都 能保持 电动机 的铜损 为最 小值 . 电动机 的铜 损 △尸可 以表示为如下 关 系式 : 护 = r L ( i乙+ i礼) + r Z (蕊 i二) ( 14 ) 由郝 ,解 出 : 五 、 奥气毕 , 并 且 将这 一 关系式代入式 ( 14 ) , 得到 : , 照 . 、 厂 。 f 月 ~ 二 扮十乙 ~ 针二 正曰 王、 十 l 而l孔 、 ` 。 . 礁 瓜 - - 一 , ’ - 一 , . 一L ’ 一 扁 ) r l + 心八+ i殆r ,+ i凡八 ( 15 ) 再 求 △尸 的 偏 导 数 , 并 令 : 刁△尸/次 I J = 0 ; 己△尸旧i : , 二 0 ; a△P/ 刁儿 d 二 0 泪△卿日福= 0 就 可 以 求 出最小损耗控制方式 时 , 转子 电流 的给定值 . 为 了便于 说 明 问题 , 可 以附加一 些 符合工 程 实际的假定条件 , 以便简化运算 . 首先假定双 馈 电动机的定子 电压 幅值和 相位 都是 恒 定的 , 其次假定 r 一 0 , 并且忽 略定子 回路的过渡过程 . 在上 述假 定条件 下 , 由式 ( 6) 和 式 (8 ) 可 得 : mT 田 。 L : km 鱿 m 职cS 丸 兀 田 。 L , L m km 私 m L t ( 16 ) i , _ _ r 翌鱼+ 土 , . 、 火山。 L 二 k : ” 甲 少 ( 12 ) 考虑 到瓜 。 = 人 co s仇 。 , 所 以转子 的额 定 电 流 “ : 小又麟鑫六 · 因 咚 转子 的全 电流 可 以 写 成 : 将 以上 得 到的 儿 、 、 叭 己 和 九 ; 代入式 ( 14 ) 得 : 砂 一 ; , f 全l葬嘿丝孟、 + : , ,: + ; , 续架琴宜+ 、 杯 犷漏 / 一 ’ 一 嵘 厂 阮 了 犷 m 1 . 、 r , . 一 - - 二一 十 - 二尸 - I t _ . ` 、 山o L m k , ” , / ( 1 7 ) 式 中 : y 二 人= 人 。 夕 人一二红一 、 起+ 端 女少跳 V 峭十 。 舌交少 超 ’ 交 。 孟L众粉 ( 13 ) 为 转子 电 对 上 式求 刁△尸/击 1、 二 0 , 就可 以求 出在给定 转矩值 的情况 下 , 双馈 电动机 铜 损最 小时的各 个 电流值 : 流有效值 的过负荷系数 . 计算结 果 表 明 , 对 于 50 k w 一 I M W 的 电动 机 , 转子 的全 电流 比额 定 电流增 加 10 % 一 12 % ; 对于 3 M W 的电动机 , 转 子 的 功率增 加 不 超过 2% ~ 3% . 通过 以上 的分析可 知 , 在保持 Q 、 二 1 的条 件 mT 田。 L , km 环 m 环 m r Z 山 。 L , ( k l r 】+ r Z ) mT 。 。 L , km 环 m 职 m k子r l 。 。 L m ( k l : 、 + r Z ) ( 18 ) dq · 1 · 肠 …