赵大伟 赵晓博

【摘 要】主要针对矿井提升机同步电动机的矢量控制系统中，影响定子交流电流，即相电流的因素进行了详细解读和分析，并重点介绍了相电流控制优化的方法。

【关键词】矿井提升机；同步电机相电流；相电流过零点；相电流触发预控角；相电流调节器

中图分类号： TD534 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.016

【Abstract】In view of the vector control system of the synchronous motor of the mine hoist， the factors that affect the stator current，that is the phase current are explained and analyzed in detail，and the optimization method of phase current control is introduced.

【Key words】Mine winder；Phase current of synchronous motor；Intermittent current；Shift angle pre-control；Phase current controller

0 引言

相电流控制器在同步电动机的交交变频矢量控制中，用3/2变换三相交流变为两相直流，所以定子电流的零频调节器是同时作用于转矩和磁通两个电流分量。用2/3变换将零频控制器的两相直流输出变为三相交流，经相电流调节器控制的三相交流控制器可以从三个方面进行优化：电流过零点、触发预控角、PI调节参数。

1 影响同步电动机相电流的因素分析

1.1 触发预控角

为了减小交交变频控制系统谐波对电网的污染和降低定子转矩电流分量的脉动幅值， 12脉动系统通常选用两组不同连接组别的变压器，如Dd0和Dy5；变压器一、二次侧的相移理论上是0°和-150°，由于制造工艺等因素实际应用中的变压器相移并不是严格地等于0°或者-150°，而是有一些偏差，触发预控角设置为移相角就会引起转矩定子合成电流的脉动；所以必须优化相电流控制器的触发预控角，使空载和重载工况下相电流的自然脉动幅值尽可能地小。理论上对于采用同一同步电压源的12脉动系统，两个同步移相角是对称变化的，所以优化要基于两个预控角之和等于两组变压器连接组别对应的移相角之和。

1.2 电流断续区

可控硅有非线性区和死区，负载电动机的电感是一个有限值不是无穷大，所以当电流小于门槛值时，定子电流会出现断续。为了减小交交变频控制系统谐波对电网的污染和降低定子转矩电流分量的脉动幅值， 12脉动系统通常选用两组不同连接组别的变压器，如Dd0和Dy5；变压器一、二次侧的相移理论上是0°和-150°，由于制造工艺等因素实际应用中的变压器相移并不是严格地等于0°或者-150°，而是有一些偏差，触发预控角设置为移相角就会引起转矩定子合成电流的脉动；所以必须优化相电流控制器的触发预控角，使空载和重载工况下相电流的自然脉动幅值尽可能地小。理论上对于采用同一同步电压源的12脉动系统，两个同步移相角是对称变化的，所以优化要基于两个预控角之和等于两组变压器连接组别对应的移相角之和。

1.3 相电流调节器优化

交交变频控制系统没有设置交流电流控制器的给定阶跃响应优化参数，大功率同步电动机没有自动辨识模式，只能手动调节，在空载条件下， 根据定子电流的转矩分量约等于0，触发角的百分数也接近于0，通过观测触发角和转矩电流分量来优化相电流调节器。

2 交交变频调速同步电动机相电流优化

2.1 在电流模型下优化触发角预控值

可以用具有市電同步功能的示波器手动测量或者用控制系统的自动辨识功能测量同步电压和触发脉冲相之间的相移角。但是由于测量误差、自动识别模式的缺陷等因素的影响，触发预控角必须在空载或者预知负载条件下参照负载电流和相电流的波形来优化，对于十二脉动的控制系统尤其重要，因为系统要求两个系统的电流尽可能平衡一致。如下图一所示是在空载电流模型下，以0.05°为步长进行调节，以降低相电流的幅值、优化过零平滑性、改善12脉动控制系统两个相电流的一致性；最终减小转矩电流脉动。

2.2 电流断续区优化

断续电流优化对传动系统的转矩脉动很重要。电机三相电流的每一相在每个电气周期都有两次电流过零点，这就意味着在变频器的一个频率范围内有六个电流过零点，而且在大电流时也同样有电流过零。由于电流断续的影响，在过零点附近区域相电流波形偏离理想正弦波。这种影响作用于零频控制器计算的直流量（磁通电流分量和转矩电流分量）而导致转矩脉动。过零点不平滑反映在直流量上的转矩脉动频率是变频器输出频率的六倍。

在交交变频控制系统中相电流过零断续区的优化是通过调节相电流控制单元电流断续适配起始基值和适配系数限幅值来完成的，如下图二是空载闭环运行参数优化时转矩电流分量的波形记录，从左到右使定子电流实际值的转矩分量正负对称，脉动幅值越小越理想。

2.3 相电流调节器参数优化方法

相电流控制器是交流电流PI调节器，不能做阶跃响应测试优化，可以通过测试触发角的方式来优化，如下图三所示是在空载条件下对相电流调节器的优化记录：

通过调节比例系数和时间常数，使空载条件下的相电流触发角越小越好，12脉动系统的两个对应相触发脉冲平衡，直流电流转矩分量和磁通分量脉动小，幅值接近于零。同时检查电动机的噪音和震动越小越好。

必须说明的是，影响相电流的三个因素不是单独的，在实际应用中往往不能单独调节优化某一个量，而要同时对三个影响因素同时进行调节来优化相电流的波形，从而得到满意的接近于理想正弦波形。

【参考文献】

[1]马小亮.交交变频交流调速和矢量控制技术，电气传动，1991（5）.

[2]SIEMENS.Cycloconverter， 2002.

[3]SIEMENS.SINAMICS SL150， 2010.