异步电机变频调速节能控制运行研究

【摘要】：异步电机是强耦合、高度非线性的机电能量转换装置,研究异步电机的非线性现象及其处理方法是实现异步电机的高效节能运行的基础,在此之上功率匹配原理为异步电机的高效节能运行提供了简单有效的控制方法。本文的研究对目前能源紧张、能源利用率不高以及提倡节约的我国具有经济意义和社会意义。 本文以考虑变化着铁心损耗的异步电机模型出发,以电机的高效率运行为主线,研究了异步电机的考虑非线性数学模型、功率匹配原理、高效率电机传动系统、脉宽调制技术以及功率匹配最大效率运行实验等方面内容。 异步电机数学模型是仿真和分析的基础。文中通过曲线拟合构建磁链电流函数及其导数、dq轴相同对待的方法处理了磁路饱和问题,通过增加铁耗等效电阻支路等方法考虑到了变化着的铁心损耗,并分别建立了考虑磁场饱和及铁心损耗的异步电机的数学模型,为电机的高效节能运行提供了更准确的模型基础。 电机中存在着有功和无功两大功率系统,它们的大小必须与电机的定额、负载情况相适应。有功、无功功率的合理匹配可以使得电机的性能最优。这就是电机有功无功合理匹配原理。在变频、考虑随频率变化着的铁耗的异步电机较准确模型的基础上,得出异步电机的功率匹配最大效率运行的原理,并探讨了最大效率运行下的最佳功率匹配比的求取方法以及功率匹配最大效率控制的适用范围。 异步电机节能控制一直是电工界的关注焦点。文中分析比较了基于电机模型和基于搜索方法的两大类几种常用的效率优化的方法。并在此基础上提出了异步电机的功率匹配最大效率的标量控制,分析表明功率匹配最大效率控制有着简单直接的特点,是全局优化的最大效率控制。 在系统的PWM实现方面,分析了几种常用的PWM技术。分析表明SVPWM适合于功率匹配最大效率的矢量控制。在30脉冲PWM基础上提出的12216形式适合于功率匹配最大效率控制的幅频分开调节的标量控制系统。 设计了以DSP数字信号处理器和IPM智能功率集成模块为核心的变频器,并且进行了恒速恒负载转矩变频实验和恒负载转矩变频调速两组实验,验证了异步电机最大效率控制的特点。 最后在借鉴矢量控制的基础上,确定了功率匹配最大效率控制的带有磁链观测器、转矩控制器的矢量控制方案。