电网电压矢量定向的三相异步电机同步切换控制策略

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1、第33卷第4期电力自动化设备Ｖｏｌ．33Ｎｏ．4２０13年４月ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔApr.２０13电网电压矢量定向的三相异步电机同步切换控制策略徐友1，2314，刘永超，郑建勇，华伟（1．东南大学电气工程学院，江苏南京210096；2．南京农业大学工学院，江苏南京210031；3．重庆电力设计院，重庆401147；4．苏州自来水公司，江苏苏州215002）摘要：鉴于大容量三相交流异步电机在进行变频-工频切换瞬间存在较大的电网冲击电流，提出一种基于电网电压矢量定向的同步切换控制策略，并采用电力电子开关与交流接触器并联的电路拓扑实现电机变频

2、-工频的同步切换。该控制策略在电网电压同步坐标系下检测到变频器输出线电压空间矢量的相位为30°电角度时触发电力电子开关和交流接触器进行同步切换。实验结果表明该控制策略可精确捕获电机同步切换的最佳时刻实现零相位误差切换，电力电子开关可大幅缩短切换时间，提高了切换控制精度和系统对不同电机及负载的适应性。关键词：异步电机；电网电压矢量定向；变频-工频同步切换；电力电子开关；电网电压同步坐标系；切换中图分类号：TM464文献标识码：ADOI：10.3969／j.issn.1006－6047.2013.04.0150引言压和电网电压的某一相或某一线电压同步实现大功率电机变频－工频的平稳切换

3、；文献［13］采用鉴相鉴大中城市自来水厂和污水处理厂的提升泵房通频器实现大功率电机变频－工频的平稳切换。根据常配有3台以上大功率水泵，其中仅1~2台配置变锁相环工作原理，锁相环稳定运行时无频率差，但是频装置，每台水泵电机功率通常在500kW（有的甚存在一定的相位误差，因此基于锁相环技术的电机切至在2000kW）以上。根据使用要求，提升泵组有时换控制器难以实现零相位差切换；在电网电压不是需要2~3台水泵同时工作。变频装置控制水泵缓慢严格对称或电网电压波形发生畸变的工况下，变频（软）启动，电机启动电流较小（通常为稳态电流的器输出电压和电网电压的某一相或某一线电压同相2~3倍），机械冲

4、击小，而如果是直接合闸的硬启动，难以确保电机切换时变频器电压和电网电压在空间其启动瞬时电流通常为稳速电流的10倍以上，因此上保持相位一致，进而无法实现真正意义上的同步大功率水泵硬启动不仅机械冲击大、易磨损，而且对切换；同时，针对目前普遍采用的交流接触器存在开局部电网会产生较大的冲击，影响附近用电设备正关延时较大的问题，必须重新考虑并设计新型的切常运行和局部电力供应安全。换开关以减小切换延时，以最大限度地减小电机切泵房仅配置1台变频器，只能对1台水泵进行变换时对电网的冲击电流。频控制。当需要2台及以上水泵同时工作时，变频鉴于以上分析，本文提出一种基于电网电压空器先变频启动一台水泵，

5、当水泵电机启动至额定转间矢量定向的电机变频－工频同步切换的控制策略，速时切换至电网供电，变频器再对下一台水泵电机并给出在电网电压矢量同步坐标系下检测变频器电进行变频软启动［1］。如果采取直接切换或是异步切压相位的方法，可以精确捕获变频器电压矢量与电换［2鄄3］，会对电网产生较大的电流冲击，因此必须检网电压矢量在空间上相位相同的时刻，提高同步精测变频器输出电压和电网电压相位实现电机的变度，最大限度地降低变频－工频切换对电网的电流冲频-工频同步切换［2鄄3］，克服大功率水泵变频-工频直击；并且提出采用电力电子开关与交流接触器并联接切换或是异步切换带来的机械冲击大、易磨损以工作的新思路

6、，可解决交流接触器开关延时对切换及对局部电网产生瞬时冲击的弊端。控制精度的影响；最后设计了基于DSP控制的电机因此，开展大容量三相异步电机的变频－工频切变频－工频同步切换的实验系统。实验结果证明了换的控制策略和电路拓扑对实现电机软启动和平稳理论分析和研究的正确性和有效性。切换、减小电网冲击电流、抑制电机转矩突变和提高电机使用寿命具有积极意义。国内外相关专家及业1三相异步电机定子瞬间断电暂态分析内人士对此展开了大量的分析和研究。三相异步电机定子瞬间断电时，定子电流和电文献［4鄄12］采用锁相环技术控制变频器输出电磁转矩立即变为0，转子则成为无源闭合电路，根据收稿日期：2012-12

7、-26；修回日期：2013-02-16断电瞬间转子磁链不能突变的原则，由于定子开路基金项目：江苏省社会发展科技支撑计划项目（BE2010654）无法励磁，因此转子中立即产生励磁电流，在定子断ProjectsupportedbytheProvincialSocialDevelopmentProjectbasedonScienceandTechnology（BE2010654）电后电机内电枢反应停止，转子电流成为自由分量，第4期徐友，等：电网电压矢量定向的三相异步电机同步切换控制策略