劉潤(rùn)澤　王憲磊

【摘 要】本文以異步電機(jī)功率因數(shù)測(cè)量和控制為基礎(chǔ)，對(duì)異步電機(jī)的功率進(jìn)行控制。在異步電機(jī)閉環(huán)矢量控制的技術(shù)上運(yùn)用功率因數(shù)校正原理對(duì)異步電機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)行自動(dòng)校正，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

【關(guān)鍵詞】異步電動(dòng)機(jī);功率因數(shù);控制;研究

中圖分類號(hào)： TU83;TU71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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?cè)絹?lái)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(yùn)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(wú)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(fù)載之間添加了一個(gè)直流-直流電源轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)適當(dāng)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(wú)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(dá)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(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的電感電流指令值i。給定輸出電壓u減去測(cè)量到的實(shí)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(cè)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(jī)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(jī)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(jī)VC仿真的主電路根據(jù)三相異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量調(diào)速原理進(jìn)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(jī)VC仿真的VC模塊的工作原理是：光電編碼測(cè)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(guò)PI算法得出轉(zhuǎn)矩指令值Te，Te的計(jì)算模塊輸出定子電流勵(lì)磁分量，由磁鏈的估算值φr和轉(zhuǎn)矩指令值Te可以計(jì)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(cè)得的實(shí)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(hào)就是這個(gè)輸出值，將其送給IGBT逆變器控制三相交流異步電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行[7]。

利用上述兩個(gè)模塊的理論基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行修改搭建，使其實(shí)現(xiàn)控制異步電機(jī)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(jī)啟動(dòng)時(shí)處于空載狀態(tài)，定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩都有波動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)工作到正常負(fù)載附近時(shí)，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(dāng)三相定子電流增大時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)是增大的[8]。

從功率因數(shù)曲線圖分析，當(dāng)系統(tǒng)剛開始運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)，此時(shí)的功率因數(shù)極不穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行至正常狀態(tài)時(shí)，由于負(fù)載不會(huì)是恒定的，再加上其它因素的影響，功率因數(shù)會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)律的波動(dòng)。但是經(jīng)過(guò)功率因數(shù)校正系統(tǒng)，就不會(huì)在某一種偏差之下越偏越遠(yuǎn)，最終很快都會(huì)校正回來(lái)[9]。所以功率因數(shù)曲線圖就會(huì)在一定的區(qū)域內(nèi)上下波動(dòng)，彼此之間的差距不會(huì)太大。這和預(yù)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(jī)的功率也受系統(tǒng)控制，其仿真結(jié)果與預(yù)期基本一致。所以有源功率因數(shù)校正電路對(duì)電能的利用率有很好的改善作用。

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