一种基于空间电压矢量的软起动器特性分析及其优化研究

发布时间：2019-04-02 18:09

【摘要】：交流异步电机是主要的工业动力源,但其直接起动时,起动电流达到额定电流的5~8倍,对电机自身和电网有不利的影响。调压类软起动器降低起动电流的效果不理想,周波离散变频(Cycle-wave Discrete Variable Frequency,CDVF)软起动器转矩脉动较大,都未能很好地解决异步电机起动问题。因此,研究高性能的软起动控制方式有利于异步电机更好地应用于工业生产。本课题在国家自然科学基金项目(51577110)的资助下,以研究软起动控制方式为目的,对空间电压矢量变频(Space Voltage Vector Variable Frequency,SVVF)软起动器的控制原理和特性进行分析,并对其频率切换过程进行优化。本文主要工作总结如下:(1)基于正弦供电的空间电压矢量原理分析和分频控制方法研究针对交交变频与交直交变频中的空间电压矢量理论的区别,根据三相晶闸管的导通特点,确定正弦供电下的6个基本空间电压矢量瞬时函数,通过积分运算得到其形成的理想磁链轨迹为近似于圆形的曲边六边形,证明基于正弦供电的空间电压矢量原理适用于异步电机软起动控制。根据该原理对SVVF软起动器各级分频的控制方法进行研究,并对CDVF控制的实际电压导通波形进行分析,总结两种控制的区别和联系。(2)SVVF软起动器和CDVF软起动器控制电压谐波及谐波转矩分析通过对SVVF软起动器和CDVF软起动器控制电压进行傅里叶分析,讨论基波电压的三相平衡性,将分析出的谐波含量与转矩特性曲线相结合,分析谐波转矩的影响,结果表明两种控制下的异步电机运行状态主要由基波转矩决定,但受谐波转矩的干扰。通过两种控制的对比发现,相对于CDVF控制,SVVF控制电压谐波含量及谐波转矩造成的脉动影响都有所下降。(3)SVVF软起动器与调压软起动器的起动转矩和起动电流对比分析结合异步电机等效电路分析,绘制特性曲线,描述异步电机起动过程中的电磁转矩和定子电流轨迹,主要将SVVF软起动器工频调压阶段与直接调压起动的起动转矩和起动电流进行对比分析,证明SVVF软起动器相比于调压软起动器能提升起动转矩,降低起动电流。(4)SVVF软起动器的频率切换过程优化和仿真验证针对SVVF软起动器变频过程中出现的异步电机转速大幅度振荡和负转矩问题,根据SVVF控制周期内的矢量作用规律,对频率切换时刻的选择进行优化,并且根据负载情况选取触发角初值,以恒压频比原则选取触发角终值,对触发角的控制进行优化。利用MATLAB对优化方案进行仿真验证,仿真结果表明,优化后,SVVF软起动器控制的异步电机在频率切换时刻,转速平稳提升,无转速突降和负转矩,并且通过仿真对特性分析结果进行验证,结果表明,在SVVF 7、4分频控制下的转矩脉动影响比CDVF控制分别降低了约17%和11%,SVVF软起动器控制下的异步电机起动电流比调压软起动器控制下降低了约21%。搭建软起动器实验平台进行测试,实验结果表明:频率切换过程优化后,SVVF软起动器变频过程中异步电机转速振荡的幅度有所降低,优化方案可行,且在所控制的异步电机处于重载的情况下,相比于直接调压软起动,SVVF软起动器可以降低20%以上的起动电流。综上可得,相比于CDVF软起动器,SVVF软起动器的转矩脉动情况有所改善,相比于调压软起动器,SVVF软起动器降低起动电流的特性有所提升。
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【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM343

【参考文献】