淺談多相電機非正弦供電技術的研究

劉福芹 趙生會 石文娟

摘 要：隨著電子科技的發展，傳統的三相電機已經不適應現在的具體工作，多相電機應時而生。相較于傳統的三相電機，多相電機的性能更加平穩，具有更高的可靠性。本文試圖從多相電機非正弦供電的原理出發，進行非正弦供電的多相電機穩態性能研究，實現對多相電機非正弦供電技術的進一步了解。

關鍵詞：多相電機；非正弦供電；迭代

多相電機相較于三相電機的優勢使它更易于實現功率的變化，對于目前的船只活動具有重要的現實意義。所以多相電機從以前到現在，一直是眾多相關工作者研究的重點對象，但研究成果與國外水平仍然有一定的差距。目前，國內許多研究者致力于非正弦供電技術、多相感應電機的微機測試研究，希望能縮小同國外學者的差距。

1 多相電機非正弦供電的原理

多相電機在控制操作以及相關設計上擁有一定程度的靈活性。在實際操作中，可以利用集中整距繞組的方式，采用非正弦供電技術來改變電壓或電流，達到提高系統性能的目的。

多相電機非正弦供電的原理主要是：特定次數內的時間諧波與空間諧波在相互影響和相互作用下所產生的磁勢和基波磁勢的轉速保持一致，如果方向一致，就會產生比較穩定的正向轉矩[1]。另外，多相感應電機經常會運用集中整距式繞組，這樣一來，通過低次時間諧波就有可能更好地將氣隙磁密優化成平頂波。如果將特定的諧波引入逆變器的輸出電壓里，設定定子繞組里的電流是非正弦，準確地掌控注諧波的相位與幅值，就能令氣隙磁場轉換為平頂波并提高多相電機的轉矩密度。此外，多相電機轉矩方程可以表示為：

公式中的Te1和Te3，還有Te5依次表示基波電流和三次諧波電流以及五次諧波電流所產生的轉矩[2]。之所以能夠提高多相電機的轉矩密度，一方面可以通過注入諧波優化氣隙磁密成平頂波的方式來實現；另一方面可以通過調整諧波電流所形成的磁勢，并使之與基波電流的磁勢保持同樣的運轉，在這樣的前提下就能產生某種程度上的正向轉矩。

2 非正弦供電多相電機穩態性能研究

電機的穩定性能分析是電機實現更好使用的前提，因為非正弦供電多相電機相較于傳統的三相電機而言，其性能更復雜，但同時也更有研究價值。

2.1 穩態性能研究所需要的相關條件

在進行非正弦供電的多相電機穩態性能研究之前，必須進行必要的準備工作。在進行相關的分析研究時，整個研究過程中的已知數據為多相電機的結構數據以及一些基本的運行數據。整個過程中所要用到的結構數據主要有轉子內、外徑和鐵長度以及定子內、外徑等。雖然說多相電機穩態性能研究所要用到的數據和三相電機穩態性能分析時所用到的數據有重合的地方，但非正弦供電多相電機的結構數據也有與其不一樣的地方。例如，多相電機定子繞組一般會比三相電機的定子繞組多一些半對稱的組合模式，相對而言較為繁雜。

2.2 穩態性能研究的過程

在多相電機的初步設計過程里，電機穩態性能研究主要包括3種迭代過程，依次為氣隙磁密迭代、激磁電流迭代以及轉差率迭代[3]。各個節點的氣隙磁密迭代又稱為內層迭代，在整個分析過程中，通過內層迭代可以得出三次諧波電動勢和基波電動勢的有效值，并且還可以找出流控電壓源中激磁電流和感應電動勢之間的某種關系。與內層迭代相反的就是外層迭代，在整個分析過程中的外層迭代為轉差率迭代。這個過程類似于三相電機的外層迭代。它主要是與電機功率和相關損耗有關。多相電機輸出功率的計算值如果等于輸出功率所給定的數值，那這個條件則可以作為外層迭代的收斂條件。反之，如果并不滿足以上條件，則要調整相關參數再次計算。在具體實驗中可以采用15相電機作為實驗樣本并通過上述所描述的3種迭代方式進行，這3種方式不同于傳統的三相電機，多相電機的前兩層迭代可以解決電機中的波形不正常變化以及非對稱的一些問題。迭代方式和等值電路是非正弦供電多相電機穩態性能分析的重點[4]。在上述實驗后發現，許多關鍵的數據與實驗原本的設想一致，實驗結果具有重要的參考價值，也為大容量電機的性能研究提供了一定的參考依據。

多相電機非正弦供電技術的重點在于多相電機的獨特之處，相比于三相電機而言，多相電機能實現大功率調整速度，性能也有一定的提升。雖然多相電機有許多的優勢，但與三相電機相比計算過程相對復雜。所以在實驗過程中需要特別對待，否則就會影響整個實驗數據的準確性。非正弦供電只是多相電機所采用的供電技術中的一種，而且研究方法多種多樣，不能局限于某一種特例。

目前我國專家學者對多相電機非正弦供電技術雖然也有研究，但目前的研究所涉及的范圍有限，所獲得的重要成果也有限。隨著電子科學技術的發展，多相電機非正弦供電技術的運用會越來越普遍地深入更深層次的領域。許多有價值的研究問題亟待解決，如多相電機低速下的V/f的控制研究，這樣的課題都很有研究必要，相關的科研人員應該對此加以重視。

參考文獻

[1]劉東，黃進，康敏，等.多相感應電機的非正弦供電技術[J].中國電機工程學報，2011，（12）：84-89.

[2]孔武斌，黃進，康敏，等.多相電機非正弦供電下的定子缺相容錯控制[J].電機與控制學報，2013，（5）：9-14.

[3]黎梅云.多相電機非正弦供電技術的研究[D].成都：西南交通大學，2015.

[4]王東，吳新振，程思為，等.非正弦供電多相感應電機穩態性能分析[J].中國科學：技術科學，2015，（3）：322-329.

（作者單位：國網山東省電力公司巨野縣供電公司）