变频调速系统节能控制技术研究

论文摘要

异步电机变频调速系统,无论VVVF控制方式还是矢量控制方式,多数工况下采用额定励磁控制,这样对于空载或轻载运行时,其效率会明显下降。针对此问题,本课题在国内外现有研究成果的基础上,对变频调速系统节能控制问题进行了深入研究。本文首先介绍了变频调速系统节能控制原理,建立了基于MatlabSimulink7.0的异步电机两种线性仿真模型；通过对异步电机主磁路饱和与铁损特性的实验研究,设计了一种通过变频器参数自学习方式辨识异步电机磁化曲线的工程方法,并建立了考虑主磁路饱和与铁损的异步电机非线性仿真模型。仿真结果验证了3种异步电机仿真模型的正确性,实验验证了考虑主磁路饱和与铁损异步电机非线性模型的有效性与精确性。采用文中建立的异步电机非线性模型,分别对全损耗模型控制、恒转差频率控制、恒功率因数控制、直接降压控制等4种基于损耗模型的节能控制方案,以及基于在线模糊搜索的节能控制方案进行了仿真研究；在此基础上完成了恒功率因数控制、直接降压节能控制与模糊搜索节能控制方案的软件代码编写,并进行了实验分析。仿真与实验结果验证了5种节能控制方案的正确性,通过8项性能指标的综合评价,选择了直接降压节能控制作为产品推广应用的节能方案,并完成了软件设计与调试工作。最后结合直接降压与全局模糊搜索节能控制技术的不同特点,对一种新型基于直接降压与局部模糊搜索的混合式节能控制方案进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 变频调速概况
• 1.1.1 变频调速技术发展历史及现状
• 1.1.2 变频调速技术发展趋势
• 1.2 变频调速系统节能控制概况
• 1.2.1 节能控制技术研究意义
• 1.2.2 节能控制技术国内外现状
• 1.2.3 节能控制技术产品应用情况
• 1.3 本文研究的产品化需求与科研资助背景及主要工作
• 1.3.1 产品化需求与科研资助背景
• 1.3.2 主要工作及章节安排
• 2 变频调速系统节能控制原理
• 2.1 变频调速系统损耗分析
• 2.1.1 变频器损耗分析
• 2.1.2 异步电机损耗分析
• 2.2 变频调速系统的效率特性
• 2.3 变频调速系统节能控制的研究方向及两类控制策略
• 2.3.1 变频调速系统节能控制的研究方向
• 2.3.2 基于损耗模型的节能控制策略
• 2.3.3 基于在线搜索的节能控制策略
• 2.4 本章小结
• 3 三相异步电机数学模型及仿真模型
• 3.1 三相异步电机的T型等效电路
• 3.2 三相异步电机线性数学模型与仿真模型
• 3.2.1 异步电机三相静止ABC坐标系上的数学模型
• 3.2.2 坐标变换矩阵
• 3.2.3 异步电机两相静止αβ坐标系上的数学模型
• 3.2.4 异步电机任意两相同步旋转dq坐标系上的数学模型
• 3.2.5 异步电机基于转子磁链定向的两相同步旋转MT坐标系上的数学模型
• 3.2.6 异步电机线性仿真模型
• 3.3 三相异步电机非线性数学模型与仿真模型
• 3.3.1 异步电机的非线性问题
• 3.3.2 异步电机主磁路饱和实验研究及互感曲线的工程辨识方法
• 3.3.3 异步电机铁损实验研究及铁损等效电阻变化规律
• 3.3.4 考虑主磁路饱和与铁损的异步电机数学模型
• 3.3.5 考虑主磁路饱和与铁损的异步电机非线性仿真模型
• 3.4 三相异步电机模型仿真结果与样机实验结果的性能对比
• 3.4.1 异步电机三种模型的仿真结果对比
• 3.4.2 异步电机非线性模型的仿真结果与样机的实验结果对比
• 3.5 本章小结
• 4 基于损耗模型的变频调速系统节能控制
• 4.1 损耗模型节能控制的基本原理及分类
• 4.2 全损耗模型节能控制
• 4.2.1 全损耗模型节能控制分析
• 4.2.2 全损耗模型节能控制框图及仿真
• 4.3 恒转差频率节能控制
• 4.3.1 恒转差频率节能控制分析
• 4.3.2 恒转差频率节能控制框图及仿真
• 4.4 恒功率因数节能控制
• 4.4.1 恒功率因数节能控制分析
• 4.4.2 恒功率因数节能控制框图及仿真
• 4.4.3 变频调速系统节能控制实验平台介绍
• 4.4.4 恒功率因数节能控制实验及结果分析
• 4.5 直接降压节能控制
• 4.5.1 直接降压节能控制分析
• 4.5.2 直接降压节能控制框图及仿真
• 4.5.3 直接降压节能控制实验及结果分析
• 4.6 四种损耗模型节能控制技术性能对比与评价
• 4.7 本章小结
• 5 基于模糊搜索的变频调速系统节能控制
• 5.1 模糊搜索节能控制基本原理及分类
• 5.1.1 模糊控制基本原理
• 5.1.2 模糊搜索节能控制分类
• 5.2 全局模糊搜索节能控制技术
• 5.2.1 全局模糊搜索节能控制分析
• 5.2.2 全局模糊搜索节能控制框图及仿真
• 5.2.3 全局模糊搜索节能控制实验及结果分析
• 5.3 一种新型基于直接降压与局部模糊搜索的混合式节能控制方案
• 5.3.1 直接降压控制与全局模糊搜索控制的性能对比分析
• 5.3.2 混合式节能控制基本原理及实现框图
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士学习期间发表论文及参与科研项目