感应电动机连锁堵转宏观规律的初探

以包含感应电动机群的单机单荷系统为研究对象,设计出计算感应电动机连锁堵转终止状态的静态仿真算法,并通过动态时域仿真方法的校核。分析了感应电动机初始滑差等差分布时各参数下的连锁堵转规模,并结合实际电力系统运行的客观现实,得到了可能满足自组织临界性的系统关键参数。研究了感应电动机初始滑差随机平均分布时连锁堵转的宏观规律,并用CASCADE模型拟合了部分结果,初步表明临界条件下感应电动机连锁堵转的规模具有自组织临界性,即概率密度曲线在双对数坐标下具有幂律性质。所得相关结论对于电力系统大停电及暂态电压稳定机理和规律的研究具有一定的参考价值。     

计及负载率和临界滑差的改进感应电动机加权聚合

在暂态稳定仿真中所用的等值感应电动机的模型参数对仿真精度的影响很大。为了获取这些参数,大多采用基于容量加权的模型参数聚合法。感应电动机群中的各电动机初始滑差不同对聚合结果有重要影响,而该初始滑差由负载率和临界滑差联合决定。文中据此提出了利用负载率和临界滑差来修正的感应电动机加权聚合法。算例表明,依据该方法所聚合出的等值感应电动机能更好地模拟原感应电动机群对暂态稳定性的影响。研究还表明,由于实际系统中参与聚合的感应电动机个数很多,且其负载率分布具有随机性,用统计综合法得到的等值感应电动机模型参数基本可用。     

感应电动机群聚合方法及其动模试验

通过对感应电动机聚合理论进行研究,提出了一种感应电动机聚合方法:根据感应电动机2种特殊状态,即运行滑差s=0和s=1对感应电动机群进行等值,建立了感应电动机聚合模型。采用仿真准确度较高的动模试验验证了该等值方法的有效性和合理性。     

感应电动机对称电压跌落临界清除时间解析算法

针对电压跌落易触发电动机的保护动作而引发感应电动机停机的问题,提出了一种快速计算感应电动机对称电压跌落临界清除时间的解析算法。该算法基于感应电动机电磁转矩-滑差曲线与机械转矩-滑差曲线之间稳定与不稳定平衡交点的概念和感应电动机稳态等效电路,将电动机的一阶运动微分公式转化为时间关于滑差的解析方程。此外,还提出一种判定对称电压跌落是否为绝对安全电压跌落的算法。电磁暂态仿真实验验证了所提方法的有效性。所提解析算法有助于实现感应电动机的智能保护,减少非必要停机的概率。     

电网参数对系统暂态电压稳定性影响的分析

分析了电网及感应电动机负荷参数对电力系统暂态电压稳定性的影响,认为这些参数对系统暂态电压稳定性的影响实质上是影响了初始滑差或者临界切除滑差的位置,从而改变了暂态电压稳定极限切除时间.将临界切除滑差与初始滑差之间差值的绝对值定义为滑差间距.一般情况下,当滑差间距增大时,系统的暂态电压稳定极限切除时间增大,暂态电压稳定性增强;当滑差间距减小时,系统的暂态电压稳定极限切除时间减小,暂态电压稳定性减弱.此外,感应电动机转动惯量的变化也使得系统的暂态电压稳定发生改变,其变化关系是递增关系.在简单无穷大母线系统中验证了以上结论的正确性.     

感应电动机转差频率控制系统的最优效率研究

针对基于稳态等效电路图的感应电动机转差频率控制系统有大马拉小车的现象,引用了感应电动机最优转差模型,提出了一种感应电动机转差频率最优效率控制系统。并与传统感应电动机转速闭环转差频率控制进行比较,通过仿真与实验研究,结果表明该系统具有良好的效率优化效果。     

IFOC感应电动机分岔混沌的单双时滞反馈控制

为了研究间接磁场定向控制感应电动机系统的失稳机理,采用分岔图分析了感应电动机系统的动力学特性以及通往混沌的路径,同时,利用最大李雅普诺夫指数给出了混沌产生的参数区间,从而预测感应电动机系统的不规则振荡行为.混沌现象的产生使得感应电动机系统振荡加剧,为抑制这种不规则振荡现象,在感应电动机系统中加入时滞反馈控制项,利用分岔图分析了时滞反馈控制项对整个感应电动机系统的影响,并从中选取合适的控制参数,使感应电动机系统达到平衡点并进入稳定运行状态,数值仿真分析结果表明加入双时滞反馈项可以使系统过渡过程变短,收敛速度变快,控制效果更优.     

感应电动机参数对小干扰电压稳定影响

以简单经典两节点电力系统为研究对象,采用考虑机电暂态过程的三阶感应电动机负荷模型,建立系统的小干扰微分方程组,应用系统状态矩阵的特征值和分岔理论来分析了感应电动机参数对系统电压稳定性的影响。分析结果表明：综合负荷中定子电阻和电抗、转子电阻、励磁电抗、感应电动机恒定转矩所占的比例较大时,转子电阻、与机械特性有关的指数较小时的感应电动机更易出现电压失稳。     

基于综合负荷模型的感应电动机不稳定平衡点计算方法

正确认识电压失稳机理是进一步研究电力系统电压稳定问题的关键。建立了包含线路传输电抗、感应电动机、恒阻抗负荷以及无功补偿装置的实际电网综合负荷模型,提出了一种将实际电网部分电路等效为虚拟感应电动机的方法,并基于该方法以及戴维南定理构建了故障前、后虚拟感应电动机电磁转矩公式,进一步求解了感应电动机故障后不稳定滑差。该方法避开了传统方法求解感应电动机故障后不稳定滑差过程中遇到的系统故障切除后,感应电动机暂态过程中端电压不恒定的问题,使求解结果更加精确。利用该方法进一步分析了感应电动机负荷比例以及线路传输电抗对感应电动机故障后不稳定滑差的影响。利用PSD-BPA搭建的单机无穷大系统验证了所提方法的有效性。     

基于最大转矩损耗功率比的感应电动机能效优化

提出了一种基于最大转矩损耗功率比(Maximum Torque Per Power Losses,MTPPL)的感应电动机变频调速系统的能效优化方法。在考虑铁损耗的感应电动机数学模型以及转子磁场定向的基础上,分析了电动机处于稳态运行时,电动机转矩损耗功率比与电动机转速、转差频率之间的关系。当转矩损耗功率比取最大值时,即实现电动机控制系统损耗功率最小化的高能效运行。推导出转矩损耗功率比与电动机转速和转差的函数关系式,并对其求导,求出最大值对应的最优转差频率。将最优转差频率用于感应电动机的恒压频比变频调速系统,实现感应电动机的高能效运行。在Matlab/Simulink中搭建控制系统的仿真模型以及实验平台,验证了该方法的有效性。     

电压稳定分析中异步电动机动态负荷建模探讨

探讨电压稳定分析中异步电动机(IM)负荷的建模问题。分析一般的动态负荷模型(GDLM)不能捕捉IM动态行为的机理。分别以IM的滑差模型和滑差磁链模型为基础，严格地导出了适用于电压稳定分析的简化一阶(SIM)和详细三阶(DIM)动态负荷模型，同时还说明了SIM和DIM模型实质上是对GDLM模型进行了不同程度的改进。对SIM和DIM模型在暂态电压稳定分析和静态电压稳定分析中的适用性进行分析比较，仿真结果表明：SIM和DIM分别以不同的准确度适用于不同场合的电压稳定分析。     

新型接法的三绕组单相电动机

在单相供电系统中,当电动机额定功率大于0.5 kW时,采用普通单相感应电动机是不经济的,为此提出一种新型连接方式的三绕组单相感应电动机,该接法对Y接法三相感应电动机的6个出线头进行改接,并与2个电容器相连接,改变了绕组中电流的相位,使三相电机在单相供电系统中实现接近对称运行。采用对称分量法研究该连接方式下电机对称运行需要满足的条件,讨论对称运行条件下电容的选择及其对电机性能的影响,推导了该电机性能计算的具体方法。针对该连接方式进行试验研究,并与三相对称运行进行比较。样机试验证明,新型接法三绕组电机的效率接近三相电动机在三相电源上对称运行的效率,且具有更高的功率因数,可替代普通单相感应电动机。     

一种改进的电动机静态聚合方法

电动机参数是电力系统电压稳定、暂态稳定的关键因素之一.在基于统计综合法的负荷建模中,如何提高电动机参数的聚合精度是重要课题.针对传统电动机聚合方法没有考虑聚合前每台电动机稳态滑差的不足,提出了一种改进的电动机的静态聚合方法.该方法首先根据聚合前各电动机的惯性时间常数、暂态电抗、转子回路时间常数、临界滑差定义了一个电动机的特性指标,并按照该指标对电动机进行分组.然后将每组中的电动机根据其稳态等值电路转化为3种阻抗并联的形式,在对3种阻抗分别聚合后再还原为一台电动机稳态等值电路.算例表明该方法能够有效提高仿真精度.     

感应电机压频比调节的模糊节能控制

根据三相感应电机的等效电路,推导出电机的损耗和输出功率与压频比之间的关系,提出了压频比调节的节能控制方法。考虑电机不同负载时损耗曲线的变化持点,引入基于电机转速和输入功率的比例算子,对电机输入功率的变化进行量化;电机稳态运行时进行模糊自寻优控制,动态调速时进行较高的恒压频比控制,提高了电机的效率并保持了一定的动态响应特性。仿真结果验证了运行控制方案的可行性和有效性。     

磁通观测改进的无速度传感器DTC系统

针对定子电阻摄动与积分漂移对直接转矩控制(DTC)性能的影响,在分析直接转矩控制特点的基础上,推导了以电机有功功率为基础的定子电阻辨识算法与以反电动势为基础的定子磁链辨识算法,并将坐标系定向于定子电流矢量上推导出转速估计算法.以此建立的直接转矩控制系统,定子电阻辨识算法不依赖电机其他易变参数,转速估计中未使用转子电阻或转子时间常数;通过4kW感应电机无速度传感器DTC系统仿真试验表明,积分漂移得到有效抑制,估计速度与实际速度良好吻合,系统具有较好调速性能.     

Effect of crosspath resistance between adjacent rotor bars onperformance of inverter-fed high-speed induction motor

The effects of crosspath resistance between adjacent rotor bars on steady state performance of inverter-fed high-speed cage induction motors are discussed. It is shown that the equivalent rotor resistance and leakage reactance change with crosspath resistance between adjacent rotor bars for various values of the fundamental supply frequency and the slip. The steady state characteristics of the high-speed induction motor drives for various crosspath resistance are discussed on the basis of theoretical and experimental results. The results of this research are applied in the design of a high-speed induction motor with uninsulated rotor bars     

计及频率变化的感应电动机负荷特性分析

对于异步联网系统中网架结构比较薄弱的省网系统或者系统解列后形成的孤岛,发生故障时会引起比较大的频率波动,在此情况下对感应电动机进行建模时考虑其频率特性尤为重要。基于感应电动机一阶机械暂态模型,利用解析法分别推导出不同负载特性下稳态及动态转差率关于系统频率的表达式,并在此基础上计算吸收的有功功率和无功功率,进而分析感应电动机的功率-频率特性。在MATLAB中建立感应电动机五阶电磁暂态仿真模型,仿真分析不同负载特性感应电动机的功率-频率特性。仿真结果与理论推导结果吻合,验证了在简化模型下推导得到的感应电动机频率特性解析式的正确性和有效性。     

一种考虑感应电机动态效率的转矩控制策略

在许多应用感应电机的场合如电动车或电动船,要求其不但转矩响应好、还要动、稳态效率高.在分析当前稳态以及动态条件下感应电机效率优化控制策略的基础上,本文提出一种考虑感应电机动、稳态效率的转矩控制策略.该策略依据最优滑差频率的控制思想,结合转子磁链定向的矢量控制和磁链解耦控制,以实现兼顾效率的高性能转矩控制.仿真和实验结果表明该方法既能够提高电机在动、稳态运行时的效率,又能够保持较好的转矩动态性能.     

The influence of mistuned motor parameters on vector control performance and on line slip frequency correction strategy for induction machine operated under one‐pulse PWM mode

In high‐power, high‐speed traction drive systems, the traction motor usually operates under one‐pulse PWM (pulse width modulation) mode (square wave) during high‐speed operation. The constant output voltage in this condition makes the traditional vector control inoperative anymore. In this paper, a modified vector control strategy using open‐loop current control instead of closed‐loop current control is proposed. The modified control strategy is specially designed for an induction motor operating under one‐pulse PWM mode. As the field orientation is greatly affected by the deviation in the parameters, the influence of mistuned rotor time constant and mutual inductance (which are regarded as the most important parameters for field orientation) on the performance of modified vector control is studied comprehensively, including the influence on estimated angle and amplitude of rotor flux, d/q‐axis voltage, and output torque. Subsequently, based on the comparison between the different methods, a new slip frequency correction strategy is proposed to maintain proper field orientation for the modified vector control. The new correction strategy is based on the q‐axis current component error. It is independent of the motor parameters and can be easily realized through minor calculations. The simulation and experimental results show that the proposed slip frequency correction strategy can not only eliminate rotor flux angle error in steady state but also effect rapid torque response during the transient process under one‐pulse PWM mode. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.