一種異步電機的節(jié)能控制方法
【專利摘要】一種異步電機的節(jié)能控制方法，該異步電機由逆變器供電，并轉速調節(jié)器控制，逆變器包括功率模塊和含數字信號處理器DSP的控制模塊；將給定電機角速度ω*與測得的電機實際的角速度ω之差，送入轉速調節(jié)器，轉速調節(jié)器輸出量為電機的給定電磁轉矩Te*；ωs*為異步電機運行的最優(yōu)轉差角頻率；由給定電磁轉矩Te*和最優(yōu)轉差角頻率ωs*經過計算得到電機在兩相旋轉坐標系下的轉矩電流分量Isq；由轉矩電流分量Isq和最優(yōu)轉差角頻率ωs*得到異步電機的勵磁電流分量Isd；根據定子電流的轉矩電流分量Isq和勵磁電流分量Isd分別得到穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)下定子兩相電壓Usd和Usq；再經過反派克運算ipark，即得到異步電機在兩相靜止坐標系下的兩相電壓分量Usα和Usβ，進而經過空間矢量脈寬調制控制逆變器，實現異步電機的節(jié)能控制。
【專利說明】一種異步電機的節(jié)能控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機控制技術，特別涉及一種異步電機的節(jié)能控制方法。
【背景技術】
[0002]異步電機由于結構簡單、高可靠性等優(yōu)點在各種電機中應用最為廣泛，其變頻調速系統(tǒng)自上世紀80年代以來逐漸得到了普及，在風機、泵類負載的調速驅動中節(jié)能效果顯著。
[0003]逆變器供電的異步電機在非額定狀態(tài)下運行時，效率往往比額定運行時低，尤其在低速輕載狀態(tài)下更是如此，而實際運行中的電機常工作于輕載狀態(tài)，即所謂“大馬拉小車”的狀態(tài)，這是電機運行時遇到的老問題，變頻調速后電機同樣遇到這樣的問題，尤其是占有很大比例的風機水泵負載，低速運行時表現得尤為突出。據統(tǒng)計，電機耗電約占工業(yè)用電總量的60%?70%。實際應用中，我國電機的整體運行狀況，同國外相比差距很大，機組效率約為75%，比國外低10%左右；系統(tǒng)運行效率為30?40%，比國際先進水平低20?30%。因此，我國的電機應用具有極大的節(jié)能潛力，推行電機節(jié)能勢在必行。電機的節(jié)能控制已成為研究熱點。
[0004]電機的節(jié)能控制自變頻調速技術應用以來一直是科研人員研究的熱點問題之一，然而至今卻幾乎沒有哪種節(jié)能控制策略能夠真正地應用到工程中。Kusko和Galler、Rowan和Lipo、以及Daniel等人是異步電機節(jié)能控制運行的開拓者,他們基于簡單的損耗模型研究了異步電機的效率優(yōu)化問題。異步電機各種效率優(yōu)化控制策略在本質上都是控制磁通隨負載減小而下降，從而使電機的損耗下降，效率和功率因數隨之提高，但其思路各不相同，性能也各有所長。
[0005]現有的對異步電機進行節(jié)能研究的文獻中，主要方法可以分成兩大類:即最小損耗模型控制和搜索控制。
[0006]最小損耗模型控制以數學描述為基礎，通過建立異步電機損耗模型，解析地求出總損耗的最小點，運行控制時可根據電機損耗最小的優(yōu)化運行點采用轉差角頻率調節(jié)控制、功率因數控制和矢量控制等。
[0007]在現有的轉差角頻率調節(jié)控制中，基于穩(wěn)態(tài)的異步電機數學模型忽略了電機的鐵芯損耗。通過分析異步電機的損耗和效率，推導出效率最優(yōu)時的轉差角頻率。而異步電機運行時鐵芯損耗約占電機總損耗的20%-40%左右，因此忽略鐵芯損耗的節(jié)能控制方法其節(jié)能效果必然會大打折扣。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種異步電機的節(jié)能控制方法，根據電機的電阻、電感等參數確定異步電機的最優(yōu)轉差角頻率，控制電機運行此最優(yōu)轉差角頻率，以達到異步電機節(jié)能運行。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是:[0010]本發(fā)明考慮到電機的實際情況，依據考慮鐵芯損耗的穩(wěn)態(tài)電機數學模型，提出一種基于最優(yōu)轉差角頻率的異步電機的節(jié)能方法。
[0011]具體的，一種異步電機的節(jié)能控制方法，該異步電機由逆變器供電，并轉速調節(jié)器控制，并轉速調節(jié)器調節(jié)、控制，逆變器包括功率模塊和含數字信號處理器DSP的控制模塊；將給定電機角速度ω*與測得的電機實際的角速度ω之差，送入轉速調節(jié)器，轉速調節(jié)器輸出量為電機的給定電磁轉矩I?; ω/為異步電機運行的最優(yōu)轉差角頻率，即電機以此轉差角頻率運行時，電機運行至穩(wěn)態(tài)后，電機的運行效率最高；最優(yōu)轉差角頻率為:
【權利要求】
1.一種異步電機的節(jié)能控制方法，該異步電機由逆變器供電，并轉速調節(jié)器調節(jié)、控制，逆變器包括功率模塊和含數字信號處理器DSP的控制模塊；將給定電機角速度ω*與測得的電機實際的角速度ω之差，送入轉速調節(jié)器，轉速調節(jié)器輸出量為電機的給定電磁轉矩I? ; ω /為異步電機運行的最優(yōu)轉差角頻率，即電機以此轉差角頻率運行時，電機運行至穩(wěn)態(tài)后，電機的運行效率最高；最優(yōu)轉差角頻率ω /為:
2.如權利要求1所述的異步電機的節(jié)能控制方法，其特征是，所述異步電機實際的角速度ω可以通過速度傳感器檢測得到，或通過檢測異步電機的電流、電壓采用自適應法、滑膜觀測器法或擴展卡爾曼濾波法辨識異步電機的角速度ω。
3.如權利要求1所述的異步電機的節(jié)能控制方法，其特征是，所述的速度傳感器包括光電編碼器或旋轉變壓器、測速發(fā)電機。
4.如權利要求1所述的異步電機的節(jié)能控制方法，其特征是，所述異步電機由逆變器供電，逆變器由直流電供電。
5.如權利要求1所述的異步電機的節(jié)能控制方法，其特征是，所述的直流電仏?？梢詠碜凿囯姵亍⒊夒娙?，或者由交流電經過整流得到。
6.如權利要求1所述的異步電機的節(jié)能控制方法，其特征是，所述逆變器的功率模塊為絕緣柵雙極型晶 體管IGBT，或金屬-氧化層半導體場效晶體管MOSFET。
【文檔編號】H02P27/06GK103746631SQ201410013071
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權日:2014年1月13日
【發(fā)明者】王步來, 陳雪琴, 季文彪, 高響, 高鵬, 史曉永 申請人:上海海事大學