浅谈多相电机非正弦供电技术的研究

刘福芹 赵生会 石文娟

摘 要：随着电子科技的发展，传统的三相电机已经不适应现在的具体工作，多相电机应时而生。相较于传统的三相电机，多相电机的性能更加平稳，具有更高的可靠性。本文试图从多相电机非正弦供电的原理出发，进行非正弦供电的多相电机稳态性能研究，实现对多相电机非正弦供电技术的进一步了解。

关键词：多相电机；非正弦供电；迭代

多相电机相较于三相电机的优势使它更易于实现功率的变化，对于目前的船只活动具有重要的现实意义。所以多相电机从以前到现在，一直是众多相关工作者研究的重点对象，但研究成果与国外水平仍然有一定的差距。目前，国内许多研究者致力于非正弦供电技术、多相感应电机的微机测试研究，希望能缩小同国外学者的差距。

1 多相电机非正弦供电的原理

多相电机在控制操作以及相关设计上拥有一定程度的灵活性。在实际操作中，可以利用集中整距绕组的方式，采用非正弦供电技术来改变电压或电流，达到提高系统性能的目的。

多相电机非正弦供电的原理主要是：特定次数内的时间谐波与空间谐波在相互影响和相互作用下所产生的磁势和基波磁势的转速保持一致，如果方向一致，就会产生比较稳定的正向转矩[1]。另外，多相感应电机经常会运用集中整距式绕组，这样一来，通过低次时间谐波就有可能更好地将气隙磁密优化成平顶波。如果将特定的谐波引入逆变器的输出电压里，设定定子绕组里的电流是非正弦，准确地掌控注谐波的相位与幅值，就能令气隙磁场转换为平顶波并提高多相电机的转矩密度。此外，多相电机转矩方程可以表示为：

公式中的Te1和Te3，还有Te5依次表示基波电流和三次谐波电流以及五次谐波电流所产生的转矩[2]。之所以能够提高多相电机的转矩密度，一方面可以通过注入谐波优化气隙磁密成平顶波的方式来实现；另一方面可以通过调整谐波电流所形成的磁势，并使之与基波电流的磁势保持同样的运转，在这样的前提下就能产生某种程度上的正向转矩。

2 非正弦供电多相电机稳态性能研究

电机的稳定性能分析是电机实现更好使用的前提，因为非正弦供电多相电机相较于传统的三相电机而言，其性能更复杂，但同时也更有研究价值。

2.1 稳态性能研究所需要的相关条件

在进行非正弦供电的多相电机稳态性能研究之前，必须进行必要的准备工作。在进行相关的分析研究时，整个研究过程中的已知数据为多相电机的结构数据以及一些基本的运行数据。整个过程中所要用到的结构数据主要有转子内、外径和铁长度以及定子内、外径等。虽然说多相电机稳态性能研究所要用到的数据和三相电机稳态性能分析时所用到的数据有重合的地方，但非正弦供电多相电机的结构数据也有与其不一样的地方。例如，多相电机定子绕组一般会比三相电机的定子绕组多一些半对称的组合模式，相对而言较为繁杂。

2.2 稳态性能研究的过程

在多相电机的初步设计过程里，电机稳态性能研究主要包括3种迭代过程，依次为气隙磁密迭代、激磁电流迭代以及转差率迭代[3]。各个节点的气隙磁密迭代又称为内层迭代，在整个分析过程中，通过内层迭代可以得出三次谐波电动势和基波电动势的有效值，并且还可以找出流控电压源中激磁电流和感应电动势之间的某种关系。与内层迭代相反的就是外层迭代，在整个分析过程中的外层迭代为转差率迭代。这个过程类似于三相电机的外层迭代。它主要是与电机功率和相关损耗有关。多相电机输出功率的计算值如果等于输出功率所给定的数值，那这个条件则可以作为外层迭代的收敛条件。反之，如果并不满足以上条件，则要调整相关参数再次计算。在具体实验中可以采用15相电机作为实验样本并通过上述所描述的3种迭代方式进行，这3种方式不同于传统的三相电机，多相电机的前两层迭代可以解决电机中的波形不正常变化以及非对称的一些问题。迭代方式和等值电路是非正弦供电多相电机稳态性能分析的重点[4]。在上述实验后发现，许多关键的数据与实验原本的设想一致，实验结果具有重要的参考价值，也为大容量电机的性能研究提供了一定的参考依据。

多相电机非正弦供电技术的重点在于多相电机的独特之处，相比于三相电机而言，多相电机能实现大功率调整速度，性能也有一定的提升。虽然多相电机有许多的优势，但与三相电机相比计算过程相对复杂。所以在实验过程中需要特别对待，否则就会影响整个实验数据的准确性。非正弦供电只是多相电机所采用的供电技术中的一种，而且研究方法多种多样，不能局限于某一种特例。

目前我国专家学者对多相电机非正弦供电技术虽然也有研究，但目前的研究所涉及的范围有限，所获得的重要成果也有限。随着电子科学技术的发展，多相电机非正弦供电技术的运用会越来越普遍地深入更深层次的领域。许多有价值的研究问题亟待解决，如多相电机低速下的V/f的控制研究，这样的课题都很有研究必要，相关的科研人员应该对此加以重视。

参考文献

[1]刘东，黄进，康敏，等.多相感应电机的非正弦供电技术[J].中国电机工程学报，2011，（12）：84-89.

[2]孔武斌，黄进，康敏，等.多相电机非正弦供电下的定子缺相容错控制[J].电机与控制学报，2013，（5）：9-14.

[3]黎梅云.多相电机非正弦供电技术的研究[D].成都：西南交通大学，2015.

[4]王东，吴新振，程思为，等.非正弦供电多相感应电机稳态性能分析[J].中国科学：技术科学，2015，（3）：322-329.

（作者單位：国网山东省电力公司巨野县供电公司）