变负载电动机系统的最优节能控制方法研究

【摘要】：随着全球能源的日益枯竭，人们在找寻新的替代性能源的同时，已经将越来越多的目光聚焦在了节能事业上。而三相异步电动机作为全球范围内的主要耗电装置，其节能研究更是各国一直以来的研究重点。本文以低成本、高可靠、易实现为目标，在参考大量的国内外文献和考察生产现场的实际情况后，提出了一种针对变负载电动机系统的新型最优节能控制方法，并将其应用于晶闸管调压技术中，得到了满意的结果。 本文首先分析了三相异步电动机在实际使用中效率低下的原因，并介绍了国内外对电动机节能问题的研究成果和方法。在综合以上信息后，指出晶闸管具有低成本、高可靠和易控制等特点，是理想的调压器件，晶闸管调压技术仍然在电动机控制中具有特定的优势。然后以电动机的数学模型为基础，分析了电动机内部的能耗构成及其与外部变量的关系。对于电动机在轻载和重载情况下的能耗变化给予了分析说明，从而从理论上得出了晶闸管调压节电的可实现性。由于电动机系统具有多变量、非线性等特点，传统的节能控制方法已经不再适用，因此提出了一种非线性最优控制算法——基于最优功率因数角的搜索算法。该方法具有鲁棒性强，需要参数少等特点，能够实现电动机的自动寻优。之后重点介绍了整个系统的硬件模块设计，如电压电流有效值的采集、电流电压过零检测、晶闸管触发电路等，还有系统的搜索算法、功率因数计算和数据滤波算法等软件设计。最后设置了对比实验,并对得到的实验结果进行了分析。通过对实验结果的对比分析，证明了采用搜索算法的电动机节能器具有较好的节电效果，适合在变负载电动机上推广使用。 【关键词】：三相异步电动机 晶闸管 最优功率因数角搜索算法
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM32
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 1 引言8-12
• 1.1 本课题的研究背景和研究意义8-9
• 1.2 关于三相异步电机节能方法的研究现状9-11
• 1.3 本课题的研究内容安排11-12
• 2 三相异步电机能耗分析及节电原理12-23
• 2.1 三相异步电机的数学模型及其能耗分析12-16
• 2.1.1 异步电机的数学模型12-13
• 2.1.2 异步电机的能耗分析13-16
• 2.2 三相异步电动机的特性16-19
• 2.2.1 电磁转矩16-17
• 2.2.2 效率17
• 2.2.3 功率因数和功率因数角17-19
• 2.3 基于晶闸管的调压节电原理19-23
• 2.3.1 异步电动机调压节电原理19-20
• 2.3.2 晶闸管调压节电的实现20-23
• 3 变负载下三相异步电机的最优控制策略23-28
• 3.1 最优化方法与最优控制23-24
• 3.2 非线性规划最优化计算方法24-25
• 3.3 基于最优功率因数角的搜索算法25
• 3.4 三相异步电机的最优控制策略25-28
• 4 电动机节能器的软硬件设计及实现28-39
• 4.1 系统硬件设计28-32
• 4.1.1 交流电压电流测量28-30
• 4.1.2 电流过零检测电路30
• 4.1.3 电压过零检测电路30-31
• 4.1.4 晶闸管触发电路31-32
• 4.2 系统软件设计32-39
• 4.2.1 功率因数的计算33-35
• 4.2.2 最优功率因数角搜索算法35-37
• 4.2.3 一阶低通滤波算法37-39
• 5 试验结果及分析39-42
• 结论42-43
• 参考文献43-47
• 致谢47-48
• 在学期间公开发表论文及著作情况48

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