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李健健，劉新正
（西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，西安710049）
摘要：針對異步電動機在輕載狀態(tài)下運行效率低的問題，在以轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)中，建立了考慮鐵損的異步電機的損耗模型。通過研究不同運行條件下電動機損耗和轉(zhuǎn)子磁鏈的關(guān)系，采用了結(jié)合電機損耗模型和在線搜索的混合式節(jié)能控制方法，相比于單純的損耗模型節(jié)能控制方法具有更好的高效性和魯棒性。最后，通過仿真研究驗證了此方法的正確性。
關(guān)鍵詞：節(jié)能；矢量控制；異步電動機；在線搜索
中圈分類號：tm343 文獻標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848【2010】03-0014-04
0 引 言
目前，電動機的節(jié)能研究主要分兩大類：一是研究電機本體，通過改進電機的制造工藝，選用高效的材料，并進行計算機輔助優(yōu)化設(shè)計，以提高電機本身的運行效率；二是研究電動機的控制技術(shù)[14]，通過先進的控制技術(shù)使整個電動機系統(tǒng)在一定條件下的運行效率達到****。
目前來說，基于矢量控制的變頻調(diào)速異步電動機的節(jié)能運行研究主要集中在兩個方面：一是基于電機損耗模型的控制方法，此方法具有控制速度快的優(yōu)點，但是容易受電機參數(shù)的影響，控制精度不高。二是基于在線搜索的控制方法,此方法基本不受電機參數(shù)影響，但是搜索效率不高，并且搜索過程中磁鏈的波動較大，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文采用將損耗模型和黃金分割在線搜索法相結(jié)合的混合式在線搜索節(jié)能運行控制策略，有效的克服了兩種方法存在的缺點，同時發(fā)揮了兩種方法各自的優(yōu)點。
1.1電機損耗分析
異步電動機在運行過程中的損耗主要由以下幾個部分組成：
①定轉(zhuǎn)子繞組中電流通過產(chǎn)生的銅損；
②定轉(zhuǎn)子鐵芯中磁場產(chǎn)生的鐵損（包括磁滯和渦流損耗）；
③氣隙磁場高次諧波產(chǎn)生的奈散損耗；
④由于風(fēng)扇和軸承轉(zhuǎn)動所引起的通風(fēng)和摩擦損耗，又稱機械損耗。
以上各項電機損耗中，雜散損耗和機械損耗一般占總損耗的百分之30左右，雜散損耗的建模和控制都非常困難，也不能直接通過弱磁來控制，但由于弱磁可以減少諧波電壓，雜散損耗也可以間接地降低；而機械損耗與電機轉(zhuǎn)速有關(guān)，由生產(chǎn)工藝或設(shè)備運行工況決定，與電氣變量無關(guān)；銅損和鐵損則與磁場和負載大小有關(guān)，是可控的，大約占總損耗的百分之70，也稱為可控損耗，是節(jié)能控制的主要研究對象。
1.2損耗模型的建立
本文采用在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下來建立電機的損耗模型。同時為簡化數(shù)學(xué)模型，忽略定轉(zhuǎn)子漏感，用等效電阻rfe的損耗來表示定子鐵損，轉(zhuǎn)子鐵損忽略不計。通過以上假設(shè)，得到d-q坐標(biāo)系上的等效電路如下圖所示[1]：
由于d-q坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量同步旋轉(zhuǎn)，使得d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量重合，經(jīng)過坐標(biāo)變換后的d-q坐標(biāo)系等效電路中，流過的電流均為直流電，所以電感l(wèi)。兩端相當(dāng)于短路，可以直接用導(dǎo)線連接。由圖1和圖2可以得到d-q坐標(biāo)下異步電動機的各種可控損耗如下[1,5]。
1．定子銅損
2．轉(zhuǎn)子銅損
3定子鐵損
則總可控損耗為
將(4)中的電流量用電磁轉(zhuǎn)矩te和轉(zhuǎn)子磁鏈表示， |
