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《福州大学》 2002年
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交流电机非线性问题及节能运行的研究

卢贤良  
【摘要】: 交流电机是非线性、强耦合、多变量、周期性的机电能量转换的复杂系统,其非线性问题一直是电机工作者长期研究的方向之一,解决电机非线性问题已成为进一步提高电机运行性能的关键之一。当今,交流感应电机消耗掉60%以上的电能,随着能源危机、环保意识的增强,交流电机的节能运行控制开始得到关注。提高交流电机运行效率对于自然资源贫乏、能源使用效率低的我国而言更具有重大的经济和社会意义。 对交流电机的非线性问题和交流电机最大效率进行深入研究。首先研究交流电机磁滞和饱和对电机电磁特性的影响,利用电机空载实验找出能够反映磁滞现象的滞后角(磁密过零较磁势过零的滞后角度),推导出一种直接估算磁滞损耗的计算公式。其次,研究交流电机非线性模型。通过引入非线性磁链对线性磁链导数的因子,提出一种新型的非线性线性化处理的方法。列出考虑磁滞及饱和的交流感应电机非线性状态方程,建立起交流电机较准确非线性的数学模型,并进行仿真,仿真结果与实验及理论分析一致。然后,对电压型PWM供电下的交流电机性能进行研究,提出电压空间矢量区域间归算的方法,简化了分析,建立起考虑死区及磁滞和饱和非线性的数学模型。而后,对基于DSP的电压型PWM变频实验装置进行研究,得到适合各个电压空间矢量区域的PWM实时在线计算的统一表达式。接着,对交流电机最大效率运行的机理进行研究。利用交流电机矢量分析原理,得到考虑铁损耗的最大效率变化关系式,采用市电电源供电以及变频变压供电的两种供电形式对交流电机最大效率进行实验研究,理论和实验相吻合,说明有功、无功合理分配可使电机效率最大。最后,对最大效率的控制策略进行深入研究,采用根据有功无功合理匹配可以获得最大效率的理论、基于转子磁链定向控制的交流电机最大效率运行的控制策略,并根据此控制策略建立起电压型PWM变频闭环控制系统仿真数学模型,对电机运行性能进行仿真研究和优选控制参数。从仿真结果来看,采用本研究最大效率控制策略不仅使电机系统具有良好的动态调速性能,而且运行效率高。
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