刘润泽 王宪磊
【摘 要】本文以异步电机功率因数测量和控制为基础，对异步电机的功率进行控制。在异步电机闭环矢量控制的技术上运用功率因数校正原理对异步电机的功率因数进行自动校正，从而达到节能的目的。
【关键词】异步电动机;功率因数;控制;研究
中图分类号： TU83;TU71文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0060-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.029
功率因数cosφ越小，在相同的UI下提供的有功功率越小，电源设备的利用率越低。人们越来越重视提高功率因数的重要性。因此，各种功率因数校正技术（PFC）应运而生。
有源功率因数校正技术（PFC）是利用一种高频整流电路，这种电路能将有源器件集成到传统的无控制整流中[1]，使交流侧电流在一定程度上呈现正弦，从而降低了器件的非线性，提高了功率因数。基本单相APFC电路单相不可控整流器和负载之间添加了一个直流-直流电源转换电路，通过适当控制升压电路的开关量，使整流器的输入电流与电网电压、谐波和无功电流同步修正为正弦波，电网功率因数提高到1左右[2]。如图1所示。
如果近似正弦半波电流可以被控制，并且在相同的相位中，整流桥的交流侧电流也近似为正弦电流，并且它处于与电网电压相同的相位，这可以达到功率因数校正的目的[3]。为此需要引入闭环控制。图2为单相APFC双闭环控制原理图。其中，电压外环的任务是得到可以实现控制目标的电感电流指令值i。给定输出电压u减去测量到的实际输出电压uo的差值，经PI调节器后输出电感电流的幅值指令I。测量到的整流桥出口电压ud除以其幅值um后，可以得到表示ud波形的量u'd，u'd为幅值为1的正弦半波[4]。
用异步电机矢量控制模块（VC模块）和有源功率因数校正模块（APFC）搭建异步电机功率因数控制系统，从而反应功率关系[5]。三相异步电机VC仿真的主电路根据三相异步电机按转子磁链定向矢量调速原理进行建模。其仿真模型由多部分组成，其中包括磁链模型，定子模型、以及转子模型和转矩模型。
三相交流异步电机VC仿真的VC模块的工作原理是：光电编码测得的转速和转速的参考值的差值为Δωr，将其输到转速控制器[6]。然后经过PI算法得出转矩指令值Te，Te的计算模块输出定子电流励磁分量，由磁链的估算值φr和转矩指令值Te可以计算出转矩分量，两相-三相变换2s/3s与逆旋转变换2r/3s可以将isd与isq转化为电子电流ia，ib，ic。最后它们和霍尔传感器测得的实际值就是滞环控制器电流的输出，PWM逆变器的触发信号就是这个输出值，将其送给IGBT逆变器控制三相交流异步电机的调速运行[7]。
利用上述两个模块的理论基础，对其进行修改搭建，使其实现控制异步电机功率因数的功能。
从图6的三相定子电流曲线图和图7的转矩曲线图可以看出，电机启动时处于空载状态，定子电流和电磁转矩都有波动。当系统工作到正常负载附近时，定子电流和电磁转矩都趋向于某一恒定值。显然定子电流和电磁转矩成正比关系，当三相定子电流增大时，电磁转矩对应是增大的[8]。
从功率因数曲线图分析，当系统刚开始运行时，电动机处于空载状态，此时的功率因数极不稳定，当系统运行至正常状态时，由于负载不会是恒定的，再加上其它因素的影响，功率因数会发生无规律的波动。但是经过功率因数校正系统，就不会在某一种偏差之下越偏越远，最终很快都会校正回来[9]。所以功率因数曲線图就会在一定的区域内上下波动，彼此之间的差距不会太大。这和预期的仿真结果是吻合的。
综上所述，在给定的转速下，系统的转矩和定子电流趋于稳定，从而功率因数也被固定于某一特定值附近，使得功率因数cosφ得到控制，所以异步电机的功率也受系统控制，其仿真结果与预期基本一致。所以有源功率因数校正电路对电能的利用率有很好的改善作用。
【参考文献】
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