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隨著感應電機控制技術的不斷進步，感應電機控制系統(tǒng)的性能也在不斷提升，對于大功率礦井提升機、風機、水泵等應用領域，由于其轉(zhuǎn)動慣量過大、要求成本低，因此在中低頻輕載工況下感應電機系統(tǒng)普遍采用V/f控制技術。由于V/f控制不依賴感應電機模型參數(shù)，所以具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

然而，感應電機V/f控制在中低頻輕載工況下容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，從工程實踐中可知，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因有以下幾種：①輸出接有正弦LRC濾波器的電源系統(tǒng)，濾波器中的電容對交流感應電機的附加勵磁會導致感應電機內(nèi)部磁場產(chǎn)生改變從而引起系統(tǒng)振蕩；②感應電機處于輕載甚至于空載的情況下轉(zhuǎn)差率約等于零，齒槽所形成的磁阻轉(zhuǎn)矩會引起感應電機磁場的不穩(wěn)定；③超高效電機在輕載中低頻運行時，電機內(nèi)部處于過勵磁的狀態(tài)，會引起超高效電機磁鏈的不穩(wěn)定，從而引發(fā)系統(tǒng)振蕩。

針對感應電機在中低頻輕載工況下V/f控制的不穩(wěn)定問題，廣西大學電氣工程學院等單位的研究人員提出了一種全新的用虛擬電抗代替實體電抗的感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定控制策略。此外，還對引入不同大小的電抗、引入實體電抗、引入虛擬電抗等情況下的感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能進行了詳細分析。

大功率感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)實驗平臺

與傳統(tǒng)構建觀測器、增加濾波環(huán)節(jié)等方法相比，引入虛擬電抗的感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制策略，具有算法簡單、控制效果更好、成本更低、實施更便捷等優(yōu)勢。研究人員通過Matlab/Simulink仿真和大功率感應電機實驗平臺對本控制策略的有效性和可行性進行了驗證。

他們表示，通過分析沒有引入電抗與引入虛擬電抗的根軌跡圖，可知增加感應電機的定子電抗大小，可提升感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當引入適量大小的虛擬電抗時，能達到抑制感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)振蕩，改善其不穩(wěn)定性的目的。

另外，通過對比5%和10%基值電抗大小的虛擬電抗仿真實驗結果，可知增加適量虛擬電抗的值，感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)將越來越穩(wěn)定。研究人員最后指出，通過對比引入同等大小的虛擬電抗和實體電抗的仿真實驗結果，可知引入虛擬電抗可實現(xiàn)感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)在中低頻輕載工況下的低轉(zhuǎn)速脈動和低電流振蕩運行，且比引入外部電抗的控制效果更好。

本文編自2022年第8期《電工技術學報》，論文標題為“中低頻輕載工況下引入虛擬電抗的感應電機變頻調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定控制”。本課題得到了廣西自然科學基金資助項目的支持。