[發明專利]高功率因數感應電動機直接功率控制系統

有效

• 申請號: 201210563119.0
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103066914A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 王志強;安俊佶;張金保;楊金柱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/02;H02J3/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及高功率因數感應電動機直接功率控制系統，屬電力電子與電力傳動領域，用于實現三相感應電動機在輕載或空載工況下的節能控制。

背景技術

隨著科學技術的發展和生產水平的提高，對電能的需求量也越來越大。從世界各國總的用電情況看，電動機消耗的電能約占發電總量的60％～70％。在目前世界能源緊缺，電能供應不足的情況下，深入研究電動機的節能問題具有重要的現實意義。

三相感應電動機是工業中廣泛使用的一類交流電動機，當三相感應電動機在輕載或空載工況下運行時，其功率因數僅能達到0.1-0.3，電機系統能耗較大。因此，提高三相感應電動機在輕載或空載工況下的功率因數，實現三相感應電動機的節能運行是需要重點突破的關鍵技術之一。

三相感應電動機在不同負荷下，其運行效率是不一樣的。三相感應電動機一般都設計在接近滿負荷時，其運行效率為最高。而實際上，電動機往往在很大一部分時間內是在輕載，甚至是在空載下運行的。這就造成了很大的能量浪費。

三相感應電動機節能目前通常采用以下兩種方法：其一是設計高效電動機，但這種電動機在輕載時的效率仍然不理想；其二是采用交流調壓的方法，即根據電動機的負載變化，自動調節電動機的繞組兩端電壓，以減小輸入功率，提高電動機的運行效率，但該方法的三相逆變器需要采用晶閘管斬控電路，諧波含量高、振動噪聲大，嚴重影響電機壽命。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服了現有三相感應電動機交流調壓節能控制方法由于采用了可控硅交流調壓，當導通角較小時，電流波形出現斷續，功率因數難以檢測，并且避免了電網三相嚴重不平衡時影響調壓節能變頻器安全運行的問題，提供一種三相感應電動機直接功率控制系統，大大提高了三相感應電動機輕載或空載工況下的運行效率。

本發明的技術解決方案：高功率因數感應電動機直接功率控制系統，其特征在于包括：數字信號處理器TMS320F2808為核心的控制器1、三相橋功率放大器2、三相橋驅動電路3、三相感應電動機4、三相二極管整流器5、功率因數檢測環節6、電流檢測環節7、編碼器轉速檢測環節8、+24V開關電源9、+15V開關電源10、±12V開關電源11、+5V開關電源12，功率因數檢測環節6、電流檢測環節7和編碼器轉速檢測環節8的輸出連接到數字信號處理器TMS320F2808為核心的控制器1，數字信號處理器TMS320F2808為核心的控制器1輸出的6路PWM信號連接到三相橋驅動電路3，三相橋驅動電路3接三相橋功率放大器2，電網輸入的三相動力電經過三相二極管整流器5連接到三相橋功率放大器2，三相橋功率放大器2的輸出接三相感應電動機4，+5V開關電源12經電平轉換后接數字信號處理器TMS320F2808為核心的控制器1，±12V開關電源11接功率因數檢測環節6和電流檢測環節7，三相橋驅動電路3由+15V開關電源10供電，當三相感應電動機4在額定負載的10％～60％工況下運行時，為了使電機工作電流最小，并提高功率因數，采用雙路并行控制器結構，其中一路為轉速外環、有功功率內環控制器，通過調節負載角控制有功功率，達到控制電磁轉矩的目的；另一路是無功功率控制器，將無功功率等于零作為無功功率控制器給定，改變定子磁鏈幅值來調節無功功率，在不影響有功功率的情況下調整無功功率使之趨于零，實現節能控制，轉速外環控制算法、有功功率內環控制算法和無功功率控制算法在數字信號處理器TMS320F2808為核心的控制器1中實現。