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三相异步电动机谐波环境下损耗的研究

张柯  
【摘要】:三相异步电动机在我国工业领域所占比重很大,如何保持三相异步电动机稳定运行、如何提高其工作效率等问题一直是人们关注的重点,这对于能源节约和环境保护有着重大的意义。针对上述问题,需要对三相异步电动机的损耗进行分析。三相异步电动机理想的工作条件是标准的正弦周期输入,但是,当电网受到谐波污染,导致三相异步电动机工作在谐波环境下时,会加大损耗分析与计算的难度,此时需要一种有效的方法去解决该问题。当出现上述谐波污染情况,为了更好的研究谐波环境对电机损耗的影响,同时寻找谐波环境下的损耗控制策略,首先对谐波进行抑制与消除,从而建立一个较为理想的电机工作环境,然后与谐波环境下的电机损耗进行对比分析。在消除谐波的问题上,希望达到较好的补偿效果。考虑到有源电力滤波器优越的补偿特性,故以有源电力滤波器为研究对象,采用合适的控制策略以保证较好的控制效果。因此,基于以上背景,本文的主要研究内容如下:1、当电机的供电电压含有谐波时,利用传统电机等效模型分析能耗关系的方法因缺乏明确的物理意义而不再适用。针对上述问题,本文分析了电机等效模型的建立与适用条件,分析了异步电机的功率关系,在此基础上提出了将含谐波的供电电压等效为正弦供电电压的能量等效法,进而利用电机等效模型计算电机内部损耗。利用MATLAB工具编制了谐波环境下电机损耗计算软件,算例分析验证了该方法的有效性和软件的正确性。2、谐波环境下损耗控制方面,对谐波进行抑制与消除。指令电流的获取与谐波电流补偿是有源电力滤波器的关键,本文以单独注入式有源电力滤波器为对象建立了简化数学模型,针对模型的不确定性,利用自抗扰控制原理对电流跟踪环节进行控制。利用奇异摄动法对自抗扰控制器的稳定性进行了分析。设计仿真实验,对传统比例-积分-微分控制和自抗扰控制进行对比,仿真结果验证了在电流跟踪快速性、稳定性、准确性方面自抗扰控制优于传统比例-积分-微分控制。在谐波抑制与消除后,对谐波环境与理想环境下的电机损耗进行了对比分析与讨论,设计实验验证了消除谐波有利于减少电机损耗。


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