感应电机基于最大转矩输入功率比的能效优化方法研究
发布时间：2021-08-18 13:27
现代社会中,资源浪费导致了各种资源短缺和环境污染,人们逐渐重视各种生产设备能效水平优化方法的研究。工业生产中广泛地使用感应电机作为动力,其运行消耗了大量的电力能源,且仍有大量老式的感应电机还在运行,且这些感应电机普遍存在能效水平低的问题。感应电机在节能减排、能效优化方面仍存在巨大的潜力,尤其是从感应电机的能效优化方法方面入手进行研究,不需要替换原有的电机或者对电机进行改造升级,只需要改变原来的调速驱动系统的控制策略,即可实现感应电机能效水平的提升。首先,在分析总结前人在感应电动机能效优化方法的基础上,提出了一种称为最大转矩输入功率比的能效优化方法,该方法采用损耗模型法中感应电机的数学模型,在线搜索法的优化目标,模仿最大转矩电流比的能效优化思想。用并联在励磁支路的铁损耗电阻来代表电机的铁损耗,列写感应电机在各个坐标系中考虑铁损耗的数学方程,搭建了感应电机考虑铁损耗的仿真模型,与不考虑铁损耗的仿真模型做了对比。其次,结合感应电机调速系统中,两种应用广泛的控制方式—矢量控制和直接转矩控制,研究基于最大转矩输入功率比的能效优化方法的实现方法。选择转子磁场定向作为电机方程的解耦条件,以及考虑稳态...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电机系统在我国能耗系统中的占比Fig.1.2TheproportionofmotorsysteminChina"senergyconsumptionsystem11%10%电机以外的设备
沈阳工业大学硕士学位论文16(2.28)(2.29)重新列写的公式（2.24）~（2.29），对感应电机的各个重要矢量都理顺了其表达式，以此为基础，使用Simulink仿真平台提供的基础电气仿真模块，就可以搭建感应电机考虑铁耗的仿真模型，将定子电压作为模块的输入，转矩和转速作为输出，按照公式的顺序分别进行封装，即是防止模型之间的关系混乱，也是为了便于使用示波器观测各矢量在运行过程中的波形，搭建好的仿真模型如下图2.6所示。图2.6感应电机考虑铁耗的仿真模型Fig.2.6Simulationmodelofinductionmotorconsideringironloss2.2.2电机仿真模型的比较将感应电机考虑铁耗的仿真模型搭建好之后，应该比较和分析其与模型库中不考虑铁耗的感应电机仿真模型的差异，以一台22kW的感应电机为仿真实验对象，在Simulink仿真环境中进行对比，分析两个模型的差异。电机的参数如表2.1所示。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建如下所示的仿真模型对比系统，将图2.6在进行封装，方便将来的使用。仿真使用需要检验两个模型在相同电机参数、同样的交流三相电源和负载转矩下的输出情况，所以选择模拟电机空载启动以及在额定条件下运行()()1=1mmrrmLrrrmLriLiLiLiLααασβββσψψ=()()=mmmmmLsrLmmLsrLmRiiiiLRiiiiLααααββββ+=+∫∫
第2章感应电机的数学模型17时的表现，查看两者的仿真波形的区别，能效优化方法的研究打下仿真实验的基础，如图2.7所示，两个模型采用相同的电源与负载转矩。表2.1电机的参数表Tab.2.1MotorParameterTable电机参数参数值电机参数参数值PN(kW)22Rs(Ω)0.5257UN(V)380Lls(H)0.005P2Rr(Ω)0.3017J(kg·m2)0.23Llr(H)0.005nN(r/min)1420Lm(H)0.095cosφ0.807Rm(Ω)49在图2.7中，采用三相电源直接供电，对比两个模型的仿真结果。图2.7感应电机的仿真模型的对比图Fig.2.7Comparisonofsimulationmodelsofinductionmotors运行仿真模型，主要是要考察两个模型的转速和输出转矩的表现，将仿真的结果在下图2.8以及图2.9中所示。图2.8转速对比仿真结果图Fig.2.8Comparisonofsimulationresultsofspeed
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑铁耗的异步电机状态观测器设计及关键参数辨识研究[J]. 董侃,刘伟志,马颖涛,宋永丰,安泊晨. 铁道学报. 2019(04)
[2]变工况下感应电机全速域效率优化控制研究[J]. 胡福年,卞小亮,张认. 电测与仪表. 2018(14)
[3]考虑效率最大化的新型感应电机转子磁链给定[J]. 韦汉培,朱保鹏,魏海峰,张懿. 电机与控制应用. 2018(02)
[4]基于事实搜索方法的三相感应电机节能控制研究[J]. 孟昕元,范峥. 微特电机. 2016(08)
[5]异步电动机效率优化控制策略综述[J]. 林显军,程小华,龙洪宇. 微电机. 2011(07)
[6]一种考虑铁耗的感应电机最大效率控制系统[J]. 李子昀. 大电机技术. 2011(03)
[7]异步电动机直接转矩控制的研究[J]. 王谦,周亚丽,张奇志. 电气应用. 2010(08)
[8]变压恒频感应电机效率功率因数优化控制[J]. 李凯,陈兴林,宋申民. 电机与控制学报. 2009(03)
[9]转子磁场定向矢量控制中异步电机铁损模型分析[J]. 吕昊,马伟明,聂子玲,揭贵生. 中小型电机. 2004(02)
博士论文
[1]低效感应电机永磁化再制造及控制技术研究[D]. 倪荣刚.哈尔滨工业大学 2017
[2]三相感应电机无速度传感器直接转矩控制技术研究[D]. 巫庆辉.大连理工大学 2006
[3]交流异步电动机按定子磁链定向的电流矢量控制[D]. 谢鸿鸣.上海大学 2000
硕士论文
[1]异步电机间接磁场定向控制系统的研究[D]. 史心月.大连理工大学 2016
[2]异步电动机控制系统的效率优化研究[D]. 张晓丽.湖南大学 2016
[3]异步电机效率优化控制策略研究[D]. 李耀恒.北京交通大学 2016
[4]永磁同步电主轴驱动技术研究[D]. 孙荣俊.南京理工大学 2016
[5]感应电机矢量控制调速系统的效率优化研究[D]. 朱文骏.北京理工大学 2016
[6]PID控制器参数整定方法研究及其应用[D]. 叶政.北京邮电大学 2016
[7]皮带运输机效率优化的研究[D]. 郑津津.安徽理工大学 2015
[8]直接转矩控制下的异步电机节能控制方法的研究[D]. 乔静石.沈阳工业大学 2015
[9]三相异步电动机无速度传感器矢量控制系统的研究[D]. 杨德刚.华南理工大学 2014
[10]异步电机低速驱动控制系统的研究[D]. 杨璐.南京航空航天大学 2014
本文编号：3349974
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电机系统在我国能耗系统中的占比Fig.1.2TheproportionofmotorsysteminChina"senergyconsumptionsystem11%10%电机以外的设备
沈阳工业大学硕士学位论文16(2.28)(2.29)重新列写的公式（2.24）~（2.29），对感应电机的各个重要矢量都理顺了其表达式，以此为基础，使用Simulink仿真平台提供的基础电气仿真模块，就可以搭建感应电机考虑铁耗的仿真模型，将定子电压作为模块的输入，转矩和转速作为输出，按照公式的顺序分别进行封装，即是防止模型之间的关系混乱，也是为了便于使用示波器观测各矢量在运行过程中的波形，搭建好的仿真模型如下图2.6所示。图2.6感应电机考虑铁耗的仿真模型Fig.2.6Simulationmodelofinductionmotorconsideringironloss2.2.2电机仿真模型的比较将感应电机考虑铁耗的仿真模型搭建好之后，应该比较和分析其与模型库中不考虑铁耗的感应电机仿真模型的差异，以一台22kW的感应电机为仿真实验对象，在Simulink仿真环境中进行对比，分析两个模型的差异。电机的参数如表2.1所示。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建如下所示的仿真模型对比系统，将图2.6在进行封装，方便将来的使用。仿真使用需要检验两个模型在相同电机参数、同样的交流三相电源和负载转矩下的输出情况，所以选择模拟电机空载启动以及在额定条件下运行()()1=1mmrrmLrrrmLriLiLiLiLααασβββσψψ=()()=mmmmmLsrLmmLsrLmRiiiiLRiiiiLααααββββ+=+∫∫
第2章感应电机的数学模型17时的表现，查看两者的仿真波形的区别，能效优化方法的研究打下仿真实验的基础，如图2.7所示，两个模型采用相同的电源与负载转矩。表2.1电机的参数表Tab.2.1MotorParameterTable电机参数参数值电机参数参数值PN(kW)22Rs(Ω)0.5257UN(V)380Lls(H)0.005P2Rr(Ω)0.3017J(kg·m2)0.23Llr(H)0.005nN(r/min)1420Lm(H)0.095cosφ0.807Rm(Ω)49在图2.7中，采用三相电源直接供电，对比两个模型的仿真结果。图2.7感应电机的仿真模型的对比图Fig.2.7Comparisonofsimulationmodelsofinductionmotors运行仿真模型，主要是要考察两个模型的转速和输出转矩的表现，将仿真的结果在下图2.8以及图2.9中所示。图2.8转速对比仿真结果图Fig.2.8Comparisonofsimulationresultsofspeed
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑铁耗的异步电机状态观测器设计及关键参数辨识研究[J]. 董侃,刘伟志,马颖涛,宋永丰,安泊晨. 铁道学报. 2019(04)
[2]变工况下感应电机全速域效率优化控制研究[J]. 胡福年,卞小亮,张认. 电测与仪表. 2018(14)
[3]考虑效率最大化的新型感应电机转子磁链给定[J]. 韦汉培,朱保鹏,魏海峰,张懿. 电机与控制应用. 2018(02)
[4]基于事实搜索方法的三相感应电机节能控制研究[J]. 孟昕元,范峥. 微特电机. 2016(08)
[5]异步电动机效率优化控制策略综述[J]. 林显军,程小华,龙洪宇. 微电机. 2011(07)
[6]一种考虑铁耗的感应电机最大效率控制系统[J]. 李子昀. 大电机技术. 2011(03)
[7]异步电动机直接转矩控制的研究[J]. 王谦,周亚丽,张奇志. 电气应用. 2010(08)
[8]变压恒频感应电机效率功率因数优化控制[J]. 李凯,陈兴林,宋申民. 电机与控制学报. 2009(03)
[9]转子磁场定向矢量控制中异步电机铁损模型分析[J]. 吕昊,马伟明,聂子玲,揭贵生. 中小型电机. 2004(02)
博士论文
[1]低效感应电机永磁化再制造及控制技术研究[D]. 倪荣刚.哈尔滨工业大学 2017
[2]三相感应电机无速度传感器直接转矩控制技术研究[D]. 巫庆辉.大连理工大学 2006
[3]交流异步电动机按定子磁链定向的电流矢量控制[D]. 谢鸿鸣.上海大学 2000
硕士论文
[1]异步电机间接磁场定向控制系统的研究[D]. 史心月.大连理工大学 2016
[2]异步电动机控制系统的效率优化研究[D]. 张晓丽.湖南大学 2016
[3]异步电机效率优化控制策略研究[D]. 李耀恒.北京交通大学 2016
[4]永磁同步电主轴驱动技术研究[D]. 孙荣俊.南京理工大学 2016
[5]感应电机矢量控制调速系统的效率优化研究[D]. 朱文骏.北京理工大学 2016
[6]PID控制器参数整定方法研究及其应用[D]. 叶政.北京邮电大学 2016
[7]皮带运输机效率优化的研究[D]. 郑津津.安徽理工大学 2015
[8]直接转矩控制下的异步电机节能控制方法的研究[D]. 乔静石.沈阳工业大学 2015
[9]三相异步电动机无速度传感器矢量控制系统的研究[D]. 杨德刚.华南理工大学 2014
[10]异步电机低速驱动控制系统的研究[D]. 杨璐.南京航空航天大学 2014
本文编号：3349974
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3349974.html
