感应电动机变频调速节能效果研究

【摘要】：在能源荒的紧迫形势以及国家节能降耗的政策引导下,降低能耗已成为从设计到使用者追求的目标。能起到节能降耗作用的变频调速技术虽然逐步得到了市场的认可,但是其实际降耗效果依然存在各种问题。在能源消耗远远超出能源开发速度的大环境下,进一步深入研究感应电动机变频调速的节能问题,挖掘其节能潜力,提高实际运行过程中的系统效率,具有很重要的意义。本文针对变频节能改造前无法提前预估改造效果以及实际节能效果与预期相差甚远的问题,提出了电动机变频调速运行是否能带来节能效果需要进行综合能耗分析,并对影响感应电动机变频调速节能效果的各个因素具体分析并做出总结,并对以下几个方面进行了重点研究:本文首先针对变频器的再生电能浪费问题,进行节能原理分析并通过再生电能直接回馈电网试验平台进行了回收效率试验,验证电能回收技术的节能效果。然后针对变频器运行带来的谐波问题,研究了变频器产生谐波的机理及其给电网带来的危害。针对当前的发展现状和存在的问题,重点分析研究了谐波损耗的估算及谐波的抑制方法。并通过SIMUlink仿真建立感应电动机正弦供电及变频供电的系统模型,通过SIMUlink的FFT模块分别观测有无谐波抑制措施系统的谐波电流分布情况。对于轻载节能问题,进行效率优化研究。首先,在考虑铁耗影响的情况下建立了感应电机数学模型,采用了基于铁耗模型的感应电机矢量控制。通过对电机运行过程中损耗进行分析,推导了轻载时最优磁通实现效率最优的原理。利用SIMUlink搭建了感应电机仿真模型,并对基于损耗模型最优励磁的控制进行了仿真。仿真结果表明,采用模型计算最优磁通对励磁电流进行控制时,可以在保证输出转矩与转速不变的情况下降低总损耗,提高整个系统的运行效率,但是算法对模型参数依赖性强。然后,研究了基于黄金分割搜索法进行最小输入功率寻优的原理并仿真,并与模型损耗控制仿真结果进行对比,得出了黄金分割鲁棒性强的优点。同时,结合两者的优点改进控制算法:1)根据损耗模型计算得到最优磁链的参考值2)通过黄金分割搜索在参考值附近寻找最小输入功率运行点。并对其进行仿真,结果证明,混合控制优化算法保留了动态响应快和鲁棒性强的特性,较好地解决了轻载情况的节能问题。 【关键词】：感应电动机 变频调速 谐波 轻载节能 最小损耗
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM346
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外感应电动机变频调速技术现状与节能效果综述10-13
• 1.2.1 国内外电动机能效标准10-11
• 1.2.2 变频调速技术现状及特点11-12
• 1.2.3 感应电动机变频调速现状12-13
• 1.3 论文主要研究内容13-14
• 第2章 感应电动机变频调速节能效果分析14-25
• 2.1 感应电动机变频调速理想节能效果14
• 2.2 感应电动机变频调速实际节能效果14-15
• 2.3 影响变频调速节能效果的主要原因15-21
• 2.3.1 变频供电时电机效率降低15-17
• 2.3.2 开关自身耗能17
• 2.3.3 电动机再生电能浪费17-18
• 2.3.4 谐波损耗18
• 2.3.5 逆变算法不合理产生附加能耗18-19
• 2.3.6 运行工况不同节能效果不同19-21
• 2.4 改进变频调速节能效果的主要技术途径21-24
• 2.4.1 改进变频调速节能效果的主要技术途径21
• 2.4.2 再生电能直接回馈电网回收效率试验21-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 变频调速的谐波影响及其抑制25-37
• 3.1 变频器的谐波产生25
• 3.2 变频器运行输入侧的谐波影响25-27
• 3.3 变频器运行输出侧的谐波影响27-30
• 3.3.1 时间谐波27-28
• 3.3.2 空间谐波28-29
• 3.3.3 谐波对电动机的影响29-30
• 3.4 谐波损耗评估30-32
• 3.4.1 变频器谐波电流30-31
• 3.4.2 输入侧谐波损耗计算31-32
• 3.4.3 输出侧电动机附加损耗32
• 3.5 谐波抑制方法32-35
• 3.5.1 SPWM技术32-34
• 3.5.2 输入侧谐波抑制措施34-35
• 3.6 本章小结35-37
• 第4章 基于损耗模型控制算法优化变频调速节能效果37-51
• 4.1 感应电动机的矢量控制37-41
• 4.1.1 坐标变换37-38
• 4.1.2 转子磁链定向的感应电机模型38-40
• 4.1.3 考虑铁损时感应电机模型40-41
• 4.2 最优磁链的推导41-44
• 4.2.1 感应电动机效率优化原理41-42
• 4.2.2 感应电动机效率分析42-43
• 4.2.3 最优磁通求解43-44
• 4.3 基于损耗模型的控制方法仿真与分析44-49
• 4.4 参数变化影响最小损耗控制算法49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 混合控制算法优化变频调速节能效果51-61
• 5.1 基于黄金分割法的搜索控制算法51-53
• 5.1.1 黄金分割法51-53
• 5.1.2 基于黄金分割法的电机矢量控制53
• 5.2 黄金分割法仿真分析53-58
• 5.2.1 黄金分割法仿真53-57
• 5.2.2 黄金分割法与损耗模型法对比分析57-58
• 5.3 混合控制控制算法58-60
• 5.3.1 混合控制控制算法58
• 5.3.2 混合控制优化算法系统仿真与分析58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 总结与展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文66

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