劉潤澤　王憲磊

【摘 要】本文以異步電機功率因數(shù)測量和控制為基礎(chǔ)，對異步電機的功率進行控制。在異步電機閉環(huán)矢量控制的技術(shù)上運用功率因數(shù)校正原理對異步電機的功率因數(shù)進行自動校正，從而達到節(jié)能的目的。

【關(guān)鍵詞】異步電動機;功率因數(shù);控制;研究

中圖分類號： TU83;TU71文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0060-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.029

功率因數(shù)cosφ越小，在相同的UI下提供的有功功率越小，電源設(shè)備的利用率越低。人們越來越重視提高功率因數(shù)的重要性。因此，各種功率因數(shù)校正技術(shù)（PFC）應(yīng)運而生。

有源功率因數(shù)校正技術(shù)（PFC）是利用一種高頻整流電路，這種電路能將有源器件集成到傳統(tǒng)的無控制整流中[1]，使交流側(cè)電流在一定程度上呈現(xiàn)正弦，從而降低了器件的非線性，提高了功率因數(shù)?；締蜗郃PFC電路單相不可控整流器和負載之間添加了一個直流-直流電源轉(zhuǎn)換電路，通過適當控制升壓電路的開關(guān)量，使整流器的輸入電流與電網(wǎng)電壓、諧波和無功電流同步修正為正弦波，電網(wǎng)功率因數(shù)提高到1左右[2]。如圖1所示。

如果近似正弦半波電流可以被控制，并且在相同的相位中，整流橋的交流側(cè)電流也近似為正弦電流，并且它處于與電網(wǎng)電壓相同的相位，這可以達到功率因數(shù)校正的目的[3]。為此需要引入閉環(huán)控制。圖2為單相APFC雙閉環(huán)控制原理圖。其中，電壓外環(huán)的任務(wù)是得到可以實現(xiàn)控制目標的電感電流指令值i。給定輸出電壓u減去測量到的實際輸出電壓uo的差值，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后輸出電感電流的幅值指令I(lǐng)。測量到的整流橋出口電壓ud除以其幅值um后，可以得到表示ud波形的量u'd，u'd為幅值為1的正弦半波[4]。

用異步電機矢量控制模塊（VC模塊）和有源功率因數(shù)校正模塊（APFC）搭建異步電機功率因數(shù)控制系統(tǒng)，從而反應(yīng)功率關(guān)系[5]。三相異步電機VC仿真的主電路根據(jù)三相異步電機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量調(diào)速原理進行建模。其仿真模型由多部分組成，其中包括磁鏈模型，定子模型、以及轉(zhuǎn)子模型和轉(zhuǎn)矩模型。

三相交流異步電機VC仿真的VC模塊的工作原理是：光電編碼測得的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速的參考值的差值為Δωr，將其輸?shù)睫D(zhuǎn)速控制器[6]。然后經(jīng)過PI算法得出轉(zhuǎn)矩指令值Te，Te的計算模塊輸出定子電流勵磁分量，由磁鏈的估算值φr和轉(zhuǎn)矩指令值Te可以計算出轉(zhuǎn)矩分量，兩相-三相變換2s/3s與逆旋轉(zhuǎn)變換2r/3s可以將isd與isq轉(zhuǎn)化為電子電流ia，ib，ic。最后它們和霍爾傳感器測得的實際值就是滯環(huán)控制器電流的輸出，PWM逆變器的觸發(fā)信號就是這個輸出值，將其送給IGBT逆變器控制三相交流異步電機的調(diào)速運行[7]。

利用上述兩個模塊的理論基礎(chǔ)，對其進行修改搭建，使其實現(xiàn)控制異步電機功率因數(shù)的功能。

從圖6的三相定子電流曲線圖和圖7的轉(zhuǎn)矩曲線圖可以看出，電機啟動時處于空載狀態(tài)，定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩都有波動。當系統(tǒng)工作到正常負載附近時，定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩都趨向于某一恒定值。顯然定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩成正比關(guān)系，當三相定子電流增大時，電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)是增大的[8]。

從功率因數(shù)曲線圖分析，當系統(tǒng)剛開始運行時，電動機處于空載狀態(tài)，此時的功率因數(shù)極不穩(wěn)定，當系統(tǒng)運行至正常狀態(tài)時，由于負載不會是恒定的，再加上其它因素的影響，功率因數(shù)會發(fā)生無規(guī)律的波動。但是經(jīng)過功率因數(shù)校正系統(tǒng)，就不會在某一種偏差之下越偏越遠，最終很快都會校正回來[9]。所以功率因數(shù)曲線圖就會在一定的區(qū)域內(nèi)上下波動，彼此之間的差距不會太大。這和預期的仿真結(jié)果是吻合的。

綜上所述，在給定的轉(zhuǎn)速下，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和定子電流趨于穩(wěn)定，從而功率因數(shù)也被固定于某一特定值附近，使得功率因數(shù)cosφ得到控制，所以異步電機的功率也受系統(tǒng)控制，其仿真結(jié)果與預期基本一致。所以有源功率因數(shù)校正電路對電能的利用率有很好的改善作用。

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