[發明專利]一種異步電機的節能控制方法

有效

• 申請號: 201410013071.5
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103746631A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 王步來;陳雪琴;季文彪;高響;高鵬;史曉永
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: H02P23/08
• 分類號: H02P23/08;H02P27/06
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及電機控制技術，特別涉及一種異步電機的節能控制方法。

背景技術

異步電機由于結構簡單、高可靠性等優點在各種電機中應用最為廣泛，其變頻調速系統自上世紀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能效果顯著。

逆變器供電的異步電機在非額定狀態下運行時，效率往往比額定運行時低，尤其在低速輕載狀態下更是如此，而實際運行中的電機常工作于輕載狀態，即所謂“大馬拉小車”的狀態，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。據統計，電機耗電約占工業用電總量的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能潛力，推行電機節能勢在必行。電機的節能控制已成為研究熱點。

電機的節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化問題。異步電機各種效率優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。

現有的對異步電機進行節能研究的文獻中，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。

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化運行點采用轉差角頻率調節控制、功率因數控制和矢量控制等。

在現有的轉差角頻率調節控制中，基于穩態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能控制方法其節能效果必然會大打折扣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種異步電機的節能控制方法，根據電機的電阻、電感等參數確定異步電機的最優轉差角頻率，控制電機運行此最優轉差角頻率，以達到異步電機節能運行。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

本發明考慮到電機的實際情況，依據考慮鐵芯損耗的穩態電機數學模型，提出一種基于最優轉差角頻率的異步電機的節能方法。

具體的，一種異步電機的節能控制方法，該異步電機由逆變器供電，并轉速調節器控制，并轉速調節器調節、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，送入轉速調節器，轉速調節器輸出量為電機的給定電磁轉矩T_e^*；ω_s^*為異步電機運行的最優轉差角頻率，即電機以此轉差角頻率運行時，電機運行至穩態后，電機的運行效率最高；最優轉差角頻率ω_s^*為：