淺談多相電機(jī)非正弦供電技術(shù)的研究

劉福芹 趙生會 石文娟

摘 要：隨著電子科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的三相電機(jī)已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)在的具體工作，多相電機(jī)應(yīng)時(shí)而生。相較于傳統(tǒng)的三相電機(jī)，多相電機(jī)的性能更加平穩(wěn)，具有更高的可靠性。本文試圖從多相電機(jī)非正弦供電的原理出發(fā)，進(jìn)行非正弦供電的多相電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能研究，實(shí)現(xiàn)對多相電機(jī)非正弦供電技術(shù)的進(jìn)一步了解。

關(guān)鍵詞：多相電機(jī)；非正弦供電；迭代

多相電機(jī)相較于三相電機(jī)的優(yōu)勢使它更易于實(shí)現(xiàn)功率的變化，對于目前的船只活動具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以多相電機(jī)從以前到現(xiàn)在，一直是眾多相關(guān)工作者研究的重點(diǎn)對象，但研究成果與國外水平仍然有一定的差距。目前，國內(nèi)許多研究者致力于非正弦供電技術(shù)、多相感應(yīng)電機(jī)的微機(jī)測試研究，希望能縮小同國外學(xué)者的差距。

1 多相電機(jī)非正弦供電的原理

多相電機(jī)在控制操作以及相關(guān)設(shè)計(jì)上擁有一定程度的靈活性。在實(shí)際操作中，可以利用集中整距繞組的方式，采用非正弦供電技術(shù)來改變電壓或電流，達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。

多相電機(jī)非正弦供電的原理主要是：特定次數(shù)內(nèi)的時(shí)間諧波與空間諧波在相互影響和相互作用下所產(chǎn)生的磁勢和基波磁勢的轉(zhuǎn)速保持一致，如果方向一致，就會產(chǎn)生比較穩(wěn)定的正向轉(zhuǎn)矩[1]。另外，多相感應(yīng)電機(jī)經(jīng)常會運(yùn)用集中整距式繞組，這樣一來，通過低次時(shí)間諧波就有可能更好地將氣隙磁密優(yōu)化成平頂波。如果將特定的諧波引入逆變器的輸出電壓里，設(shè)定定子繞組里的電流是非正弦，準(zhǔn)確地掌控注諧波的相位與幅值，就能令氣隙磁場轉(zhuǎn)換為平頂波并提高多相電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。此外，多相電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程可以表示為：

公式中的Te1和Te3，還有Te5依次表示基波電流和三次諧波電流以及五次諧波電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩[2]。之所以能夠提高多相電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，一方面可以通過注入諧波優(yōu)化氣隙磁密成平頂波的方式來實(shí)現(xiàn)；另一方面可以通過調(diào)整諧波電流所形成的磁勢，并使之與基波電流的磁勢保持同樣的運(yùn)轉(zhuǎn)，在這樣的前提下就能產(chǎn)生某種程度上的正向轉(zhuǎn)矩。

2 非正弦供電多相電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能研究

電機(jī)的穩(wěn)定性能分析是電機(jī)實(shí)現(xiàn)更好使用的前提，因?yàn)榉钦夜╇姸嘞嚯姍C(jī)相較于傳統(tǒng)的三相電機(jī)而言，其性能更復(fù)雜，但同時(shí)也更有研究價(jià)值。

2.1 穩(wěn)態(tài)性能研究所需要的相關(guān)條件

在進(jìn)行非正弦供電的多相電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能研究之前，必須進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作。在進(jìn)行相關(guān)的分析研究時(shí)，整個(gè)研究過程中的已知數(shù)據(jù)為多相電機(jī)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以及一些基本的運(yùn)行數(shù)據(jù)。整個(gè)過程中所要用到的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)主要有轉(zhuǎn)子內(nèi)、外徑和鐵長度以及定子內(nèi)、外徑等。雖然說多相電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能研究所要用到的數(shù)據(jù)和三相電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能分析時(shí)所用到的數(shù)據(jù)有重合的地方，但非正弦供電多相電機(jī)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)也有與其不一樣的地方。例如，多相電機(jī)定子繞組一般會比三相電機(jī)的定子繞組多一些半對稱的組合模式，相對而言較為繁雜。

2.2 穩(wěn)態(tài)性能研究的過程

在多相電機(jī)的初步設(shè)計(jì)過程里，電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能研究主要包括3種迭代過程，依次為氣隙磁密迭代、激磁電流迭代以及轉(zhuǎn)差率迭代[3]。各個(gè)節(jié)點(diǎn)的氣隙磁密迭代又稱為內(nèi)層迭代，在整個(gè)分析過程中，通過內(nèi)層迭代可以得出三次諧波電動勢和基波電動勢的有效值，并且還可以找出流控電壓源中激磁電流和感應(yīng)電動勢之間的某種關(guān)系。與內(nèi)層迭代相反的就是外層迭代，在整個(gè)分析過程中的外層迭代為轉(zhuǎn)差率迭代。這個(gè)過程類似于三相電機(jī)的外層迭代。它主要是與電機(jī)功率和相關(guān)損耗有關(guān)。多相電機(jī)輸出功率的計(jì)算值如果等于輸出功率所給定的數(shù)值，那這個(gè)條件則可以作為外層迭代的收斂條件。反之，如果并不滿足以上條件，則要調(diào)整相關(guān)參數(shù)再次計(jì)算。在具體實(shí)驗(yàn)中可以采用15相電機(jī)作為實(shí)驗(yàn)樣本并通過上述所描述的3種迭代方式進(jìn)行，這3種方式不同于傳統(tǒng)的三相電機(jī)，多相電機(jī)的前兩層迭代可以解決電機(jī)中的波形不正常變化以及非對稱的一些問題。迭代方式和等值電路是非正弦供電多相電機(jī)穩(wěn)態(tài)性能分析的重點(diǎn)[4]。在上述實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，許多關(guān)鍵的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)原本的設(shè)想一致，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有重要的參考價(jià)值，也為大容量電機(jī)的性能研究提供了一定的參考依據(jù)。

多相電機(jī)非正弦供電技術(shù)的重點(diǎn)在于多相電機(jī)的獨(dú)特之處，相比于三相電機(jī)而言，多相電機(jī)能實(shí)現(xiàn)大功率調(diào)整速度，性能也有一定的提升。雖然多相電機(jī)有許多的優(yōu)勢，但與三相電機(jī)相比計(jì)算過程相對復(fù)雜。所以在實(shí)驗(yàn)過程中需要特別對待，否則就會影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。非正弦供電只是多相電機(jī)所采用的供電技術(shù)中的一種，而且研究方法多種多樣，不能局限于某一種特例。

目前我國專家學(xué)者對多相電機(jī)非正弦供電技術(shù)雖然也有研究，但目前的研究所涉及的范圍有限，所獲得的重要成果也有限。隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多相電機(jī)非正弦供電技術(shù)的運(yùn)用會越來越普遍地深入更深層次的領(lǐng)域。許多有價(jià)值的研究問題亟待解決，如多相電機(jī)低速下的V/f的控制研究，這樣的課題都很有研究必要，相關(guān)的科研人員應(yīng)該對此加以重視。

參考文獻(xiàn)

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[2]孔武斌，黃進(jìn)，康敏，等.多相電機(jī)非正弦供電下的定子缺相容錯控制[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2013，（5）：9-14.

[3]黎梅云.多相電機(jī)非正弦供電技術(shù)的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2015.

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（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司巨野縣供電公司）