周期性负载条件下异步电动机节能控制器的研究

【摘要】：交流异步电机由于其结构简单,价格低廉而在工业、农业领域中广泛应用。但在运行时,异步电动机所带负载往往处于变化状态,如果在轻载或空载时运行,异步电动机功率因数会比较小、效率较低、会造成电能浪费。因此,针对转速基本不变,负载周期性变化情况下的异步电动机,调压节能非常必要。 首先,本文详细分析了异步电动机Т型和Г两种等效电路下的电气损耗,指出传统的损耗划分是不准确的,对周期性负载条件下的总损耗进行了重新划分与计算,然后利用解析法分析了周期性负载条件下调压节能原理,得到了异步电动机的调压特性曲线,清晰反映了电机在调压过程中电机各参数的变化规律,随后对比分析了几种控制方法的节能效果,最后提出了以续流角为控制量,采用模糊控制算法,通过关断角控制来进行调压节能的控制策略。以续流角偏差和续流角偏差变化为输入量,关断角增量为输出量创建了二维模糊控制器,得到模糊控制查询表,通过改变关断角来调节异步电动机端电压实时跟随负载周期性变化而变化,提高了功率因数,达到调压节能的目的。 其次,利用Matlab/Simulink创建了异步电动机软起动/节能控制器的仿真模型,并着重分析关断角控制模块和节能控制控制模块的工作原理。通过仿真结果可以看到,异步电动机软起动过程中,起动电流减小,而且无电流、转矩振荡现象的出现；节能运行过程中,无论周期性负载条件下还是突加负载条件下,异步电动机都能跟随负载变化及时调压,使得功率因数达到预期值,达到节能的目的,进而验证了第二章提出的模糊控制策略的可行性。 最后,在理论分析的基础上,设计了异步电动机软起动/节能控制器的硬件电路,力求简单、经济、可靠。硬件部分包括晶闸管主电路、dsPIC30F2010芯片、直流电源电路、管压降信号检测电路、电压同步信号电路、晶闸管触发电路及显示电路等,其中续流角检测电路是由管压降信号检测电路和电压同步信号电路共同组成的。另外,软件设计主要包括两大块：软起动部分和节能控制部分,着重对节能控制部分进行了程序设计。 【关键词】：模糊控制算法 关断角控制 续流角 周期性负载
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM343
【目录】：

• 目录4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及选题意义9
• 1.2 异步电动机软起动/节能控制器的国内外现状9-13
• 1.2.1 产品的国内外现状9-10
• 1.2.2 异步电动机的节能方式10-11
• 1.2.3 软起动控制方式11-12
• 1.2.4 调压节能控制方法与技术12-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-15
• 第2章 异步电动机调压节能控制策略的研究15-30
• 2.1 周期性负载条件下异步电动机的损耗分析15-18
• 2.1.1 异步电动机传统的损耗分析15-16
• 2.1.2 周期性负载条件下传统定子铜耗和铁耗中损耗成分的分析16
• 2.1.3 周期性负载条件下总损耗的重新划分与计算16-18
• 2.2 异步电动机调压节能控制策略的研究18-28
• 2.2.1 异步电动机主要参数与转差率的关系18-24
• 2.2.2 异步电动机调压节能控制策略的研究24-26
• 2.2.3 异步电动机续流角对晶闸管输出电压的影响26-27
• 2.2.4 周期性负载条件下异步电动机的节能控制策略27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第3章 异步电动机调压节能的模糊控制算法设计30-39
• 3.1 模糊控制原理30-31
• 3.2 模糊控制器的设计步骤31-32
• 3.3 模糊控制算法设计32-38
• 3.3.1 输入输出量和量化因子及比例因子的选择32-33
• 3.3.2 输入输出语言变量隶属度函数及控制规则的建立33-36
• 3.3.3 模糊判决与模糊推理36-37
• 3.3.4 模糊控制查询表的建立37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 异步电动机软起动/节能控制器的仿真研究39-54
• 4.1 异步电动机软起动/节能控制器的仿真模型39-46
• 4.1.1 软起动/节能控制器的仿真模型39-41
• 4.1.2 软起动/节能控制器的主要模块41-46
• 4.2 仿真结果分析46-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 异步电动机软起动/节能控制器软硬件设计54-64
• 5.1 异步电动机软起动/节能控制器的硬件设计54-60
• 5.1.1 软起动/节能控制器的总体结构54-55
• 5.1.2 主电路的设计55
• 5.1.3 控制电路的设计55-57
• 5.1.4 电压同步信号电路57-59
• 5.1.5 管压降信号检测电路59-60
• 5.1.6 晶闸管触发电路60
• 5.2 软起动/节能控制器的软件设计60-63
• 5.2.1 主程序设计60-61
• 5.2.2 节能控制子程序设计61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第6章 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 学位论文评阅及答辩情况表71

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