由電壓型逆變器和感應電動機組成的交流變頻調速系統在空載或輕載條件下運行時，一些頻段上（例如20 Hz～30 Hz）很容易發生自激振蕩現象。這種現象不僅會引起錯誤的機械振動，而且會使電機電流大幅振蕩，轉速波動嚴重，縮短了電機和其他電氣設備的使用壽命，大大影響了系統的控制精度和可靠性。隨著交流傳動技術的不斷完善，為進一步提高系統性能，如何解決自激振蕩問題成為人們研究的目標之一。

    隨著電力電子技術的發展，人們對交流調速系統的性能要求越來越高。近些年來，國內外學者對感應電機自激振蕩進行了研究[1-10]，并取得了一些研究成果。
    本文對基于轉矩電流分量的調節頻率指令法、基于合成電流的調節頻率指令法、基于合成電流的調節電壓指令法三種振蕩抑制策略進行了研究，并對三種方法的實驗結果進行了比較。
1 自激振蕩抑制策略研究
    電機的振蕩情況可以通過相電流的波動情況反映出來，而且對于變頻調速系統而言，相電流的檢測也是必不可少的。可以通過檢測相電流得到準確可靠的振蕩判據，并采取措施抑制振蕩。該方法不需要增加硬件成本，實現簡單，成為目前主要的研究熱點。本文研究的三種方法均以檢測相電流為基礎。
1.1 基于轉矩電流分量的調節頻率指令法
    逆變器輸入到電機的功率包含無功功率和有功功率，而無功功率大部分用來產生旋轉磁場，有功功率大部分產生電磁轉矩。設逆變器輸入到電機的三相電流為iu、iv、iw，通過坐標變換將三相電流變換到以定子電壓矢量為d軸的同步旋轉坐標上，從而實現有功電流id和無功電流iq的解耦：



    通過以上分析可以看出，該方案不增加硬件成本，不受電機參數、逆變器參數等影響。由于有功電流分量是根據三相定子電流實時計算出來的，因此對穩定性影響最大的是三相電流的檢測和濾波處理。如果檢測有誤差、時延或瞬態波動，則會引起調節頻率的較大波動，從而可能引入新的不穩定因素。
1.2 基于合成電流的調節頻率指令法
    基于轉矩電流分量的調節頻率指令法以旋轉坐標系中的轉矩電流分量的變化率作為不穩定度，對于以SVPWM調制方式的系統而言，實現該方法比較容易。但是對于原來不是基于旋轉磁場控制的系統而言，實現起來較為困難。基于對振蕩發生時定子電流變化的認識，本節討論如何以定子電流的變化率作為不穩定度，設計PI調節器輸出頻率調節量，從而達到抑制振蕩的目的。

2 實驗驗證及對比分析
    在以TMS320LF2407A DSP為內核的7.5 kW實驗平臺上對基于轉矩電流分量的調節頻率指令法、基于合成電流的調節頻率指令法、基于合成電流的調節電壓指令法三種振蕩抑制策略進行了研究，并對三種方案的實驗結果進行了對比。
2.1 基于轉矩電流分量的調節頻率指令法
    圖5為采用基于轉矩電流分量的調節頻率指令法，振蕩抑制前后相電流和轉速實驗波形圖。比較抑制前后的波形圖可以看出，電流和轉速的振蕩得到很大的抑制。抑制前，電流畸變較大，幅值跳變嚴重，周期不明確，轉速振蕩嚴重，變化劇烈；振蕩抑制算法啟動后，電流波形畸變明顯變小，正弦度較好，周期明確，轉速波動也明顯減小。

2.3 基于合成電流的調節電壓指令法
    圖7為采用基于合成電流的調節電壓指令法振蕩抑制前后相電流和轉速實驗波形圖。可以看出，雖然抑制后電流仍有輕微波動，但是從整體來看，該方案抑制振蕩效果是明顯的。

    可以看出三種方案抑制振蕩效果都比較顯著。綜合比較三種方案，在適用性方面，三種方案均不受逆變器、電機參數影響，適用性較好；從實驗效果上看，方案1效果最好，抑制后電流正弦度最好，但如果考慮實際應用中的復雜工況，由于方案3的調節量是PI作用的輸出，不會造成被調節量的突變，更適合于工程實用。本文通過實驗得出：頻率調節量控制在0.5 Hz～1 Hz為宜，電壓調節量以不超過額定電壓5%為宜。
    本文對基于轉矩電流分量的調節頻率指令法、基于合成電流的調節頻率指令法、基于合成電流的調節電壓指令法三種振蕩抑制策略進行了研究，并對三種方法進行了實驗驗證，結果表明三種方案抑制振蕩效果良好，并且不受電機、逆變器參數影響，可以方便地加入現有調速系統中實現振蕩抑制。
參考文獻
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