1 引言为了提高输出电流的质量，可以采用多重化技术，即采用两个或两个以上的逆变器构成多重化逆变器。如图1所示为双重电流型逆变器供电三相异步电动机系统，主要由两个相同电流变换系统并联组成，其中每个部分包括整流器，逆变器，其中在整流器与逆变器之间并联一个电容、串联一个电感。最后两个电流型逆变器输出到变压器，经过变压输入到三相异步电动机。
2 电流型逆变器及输出在双重电流型逆变器供电三相异步电动机电路结构中，考虑大电感使电流脉动很小和电容滤波器的作用，可以认为单个电流型逆变器的输入电流为恒定值id，电流型逆变器采用120°导通方式，输出为120°的方波电流。所谓120°导通方式，是指任一时刻处于不同相的上桥臂组和下桥臂组中各有一个臂的功率器件导通，换流时在上桥臂组或下桥臂组的组内依次进行，所以也称为横向换流。按vt1到vt6的顺序每隔60°依次导通。也就是说，当对a相电流ia正侧的120°矩形波电流进行脉宽调制时，必须向ib的正电流范围或者ic的正电流范围换相。通过对电路输出电流波形的分析，可以知道电流型逆变电路的输出电流是正负脉冲宽度各为120°的矩形波，且幅值等于直流侧电流id。线电流、输出相的波形如图2、图3所示。
图1 双重电流型逆变器供电三相异步电动机电路结构
图2 电流型逆变器输出线电流波形
图3 双重电流型逆变器的三相输出相电流
3 电动机数学模型建立绕线转子三相异步电动机的数学模型，采用静止三轴坐标系，定子三相绕组分别用a、b、c表示，转子三相绕组分别用a、b、c表示，定子a相绕组轴线与转子a相绕组轴线间的夹角为θ，转子以电角速度ω逆时针旋转，ω1表示定子旋转磁场的同步角速度，如图4所示。电压源供电条件下三相异步电动机的数学模型不能用于电流型逆变器供电时的仿真系统，因为此时的系统输入量是定子电流，而非定子电压。因此，需要重新选择状态变量，建立合适于电流型逆变器供电条件下三相异步电动机动态仿真的状态方程。三相异步电动机各绕组电压的平衡方程为：
式中uabc和uabc为定、转子绕组的电压向量；iabc和iabc为定、转子绕组的电流向量。
，，，rs和rr为定、转子的电阻矩阵，设定子每相电阻为r1，转子每相电阻为r2，则，。
ls、lr为定、转子的电感矩阵，设定子绕组的自感为l1，转子绕组的自感为l2，定子各绕组间的互感为m1，转子各绕组间的互感为m2，则
，msr、mrs为定、转子绕组的互感矩阵，不计气隙谐波磁场时，各个互感系数均为θ角的余弦函数。设定、转子绕组轴线重合时其互感为m12，则
可见，三相异步电动机的电压方程式（1）是一组变系数的微分方程。该方程可简写为：
式中，pθ=ω为电角度。，，定子电流is=[ia,ib,ic]t为已知输入量。其中:
，，由上式 ，可得转子电压平衡方程：
电磁转矩的计算公式为：
选择转子电流iabc=[ia,ib,ic]t、电角速度ω和转子位置角θ作为状态变量，并考虑到uabc=[ua,ub,uc]t=0，由(3)式和电动机转子运动机械方程，可以得到系统的状态方程：
4 仿真结果采用matlab语言编制了双重电流型逆变器供电三相异步电动机传动系统的仿真程序，并以一台三相四极绕线转子异步电动机为例，对双重电流型逆变器供电条件下电动机的起动过程进行了仿真。电动机参数：r1=0.30ω，r2=0.40ω，l1=0.08h，l2=0.063h，m1=0.04h，m2=0.03h，m12=0.07h，tl=0， j= 0.05kg·m2，rω=0.0385n·m·s/rad；逆变器参数：f1=25hz，id=13a (双重电流型逆变器时id=6.5a)；初始条件：[ia0,ib0,ic0,ω0θ0]t=0；程序流程图如图5所示。im_cis为主程序建立静止三轴坐标系模型；im_cisfun为子程序，形成产生电流型逆变器。在仿真结果中，分别绘制出了双重电流型逆变器id=6.5a和单个电流型逆变器id=13a时，电动机起动和稳态过程中转速、电磁转矩和转子三相电流的变化曲线，如图6～图10所示。图6是电动机转速，双重电流型逆变器时，电机起动时的转速波动次数少，很快稳定下来，有利于系统快速起动，加快进入稳定运行状态；图7看出电动机的电磁转矩，在双重电流型逆变器时很快趋于0附近，伴随转速平稳进入稳定运行状态；图8～图10是转子a、b、c相的电流，从图中双重电流逆变器时，电动机转子三相电流达到稳定的时间短，电动机快速进入稳态。可见，当双重电流型逆变器供电时，虽然异步电动机转速、电磁转矩和转子三相电流的波动幅值会有点大，但异步电动机不仅起动迅速，而且易于平稳运行，电磁转矩和转速脉动平缓，波动次数少。
图4 三相异步电动机的绕组分布图
图5 仿真程序流程图
图6 电动机转速
5 结束语从以上的仿真结果可以看出，采用双重电流型逆变器供电的控制策略，三相异步电动机起动时间减少，波动次数减少，稳定性能提高，运行平稳，相比单个电流逆变器供电性能有了明显改善，为电流型逆变器供电三相异步电动机的应用提供了参考依据。
图7 电磁转矩
图8 转子a相电流
图9 转子b相电流
图10 转子c相电流
作者简介赵卓鹏（1983-） 男 硕士研究生，研究方向为检测及电机控制技术。
参考文献(略)
作 者：兰州交通大学自动化与电气工程学院 赵卓鹏 贾石峰
——此文章转载于互联网，文中观点与本网站无关，如有侵权请联系删除
