基于混合法的異步電動機效率優(yōu)化控制研究
周立峰，張奕黃，張?zhí)?/b>
（北京交通大學(xué)，北京100044）
摘要：研究t-種異步電動機的混合控制策略。該策略首先建立損耗模型，然后根據(jù)損耗模型得到近似****磁通，并確定搜索區(qū)間，再運用“黃金分割”搜索法尋找使輸八功率最小的****磁通值。仿真結(jié)果表明該混合控制策略不僅能有效縮短搜索時間，而且具有較好的節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞：損耗模型控制；搜索控制；混合法；優(yōu)化控制
中圖分類號：tm343 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018[2010)07-0047-04
0引言
電動機是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機械能的設(shè)備，是耗電量較大的一種電氣設(shè)備。其中異步電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維修方便、堅固耐用等諸多優(yōu)點已逐漸在多個領(lǐng)域取代了直流機。異步電劫機裝機量巨大，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、日常生活等各個領(lǐng)域，與國民經(jīng)濟的相關(guān)性與日俱增。在當前工業(yè)領(lǐng)域，大部分工業(yè)拖動如風(fēng)機、水泵、壓縮機等，幾乎都是以異步電動機為驅(qū)動動力，尤其是電力、化工、冶金、煤炭等行業(yè)，風(fēng)機、泵類的耗電量占總耗電量的百分之80以上，有著極大的節(jié)能空間。當今，能源危機與節(jié)能問題日趨突出，節(jié)能已成為一項極為緊迫的任務(wù)，也是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長期戰(zhàn)略方針，研究異步電動機的節(jié)能措施，提高其運行效率，對于節(jié)約能源，建立節(jié)約型企業(yè)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有著重要的現(xiàn)實意義。
異步電動機效率優(yōu)化控制大致分為三種類型：最小輸入功率在線搜索控制策略、基于損耗模型的控制策略和最小定子電流控制策略。這些效率優(yōu)化策略各具特點：最小輸入功率在線搜索控制能夠?qū)崿F(xiàn)變頻驅(qū)動系統(tǒng)的效率全局****，且不受電機參數(shù)變化的影響，但搜索時間較長；基于損耗模型的控制策略響應(yīng)速度快，但對電機參數(shù)的依賴程度較高；最小定子電流策略實現(xiàn)簡單，但該控制屬于近似的效率優(yōu)化控制。
本文綜合了基于損耗模型控制和搜索控制兩者優(yōu)點，設(shè)計了一種混合控制策略，即先利用損耗模型得到****磁通的近似值，再運用“螢金分割”搜索法在線尋優(yōu)。仿真表明該混合控制策略是一種性能優(yōu)良的效率優(yōu)化控制策略，不僅可以縮短搜索時間，而且也能有效克服電機參數(shù)變化的影響。
1基于損耗模型的控制策略( lmc)
1 1損耗模型建立及****磁通推導(dǎo)
本文首先研究異步電動機的等效電路，建立考慮鐵損的異步電動機損耗模型，以總損耗為目標函數(shù)，轉(zhuǎn)子磁通為控制變量，推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)的最小損耗算法。為了便于建模分析研究，在此假定鐵損等效電阻為常數(shù)。圖l為異步電動機在同步旋轉(zhuǎn)動態(tài)坐標系下的等效電路圖。
對異步電動機來說，其電磁時間常數(shù)遠遠小于其機械時間常數(shù)，因此可以在穩(wěn)態(tài)下分析系統(tǒng)的最小損耗。由于轉(zhuǎn)子磁通頻率較低，轉(zhuǎn)子鐵損相對于定子鐵損很小，且難以測量和計算，因此可以忽略不計，將定子鐵損用等效純電阻的損耗表示。由于漏感l(wèi)1s，和l1r。與互感l(wèi)n相比很小，所以漏磁通降落很少，忽略不計。
根據(jù)圖1可得簡化后的異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向下的穩(wěn)態(tài)等效電路，如圖2所示。
由圖2可得：
由圖2可得：
整理得：
電動機各部分損耗的表達式如下：
定子鐵損：
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