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感应电机电源软投入相关理论及节能控制新技术研究

作　者: 崔学深
导　师: 罗应立
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电机与电器
关键词: 断续供电节能控制快速软投入不对称瞬态解析方法空间向量
分类号: TM346
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 334次
引　用: 6次
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内容摘要

本文根据抽油机电动机的周期性变工况负载特性,提出断续供电节能控制新原理,并结合调压和无功补偿等技术研究综合节能控制方法,对采油工业的能源高效利用和节能减排工作有重要意义。为消除断续供电控制中通电时的冲击电流,提出了感应电机电源快速软投入方法及控制策略。对晶闸管一电动机系统建立了综合描述电源快速软投入过程的数学模型,并通过解析方法研究主要影响因素,最终得到快速软投入触发角序列的实用计算方法。具体研究工作包括以下几个方面:1)针对快速软投入两相与三相通电交替的过渡过程,分别建立有利于解析分析的不对称瞬态和对称瞬态的降阶数学模型。在不对称瞬态模型的解析研究中,利用卡丹公式法解决了三次特征根的求解问题,最终求得初始两相通电的定子瞬态电流时域解析表达式;对空间向量复数坐标系下的对称数学模型进行解析,得到第三相投入后的定子瞬态电流解析表达式;将不对称瞬态也用空间向量来表示,建立与与对称瞬态相关联的模型,用以实现两相到三相通电状态交替过程的连接。2)研究快速软投入触发角序列等控制参数,揭示了电源快速软投入过程的控制规律,并对其影响因素进行分析。通过解析方法找到快速软投入初始触发角与瞬态电流首半波峰值之间的基本关系,进而提出了由限流值和空间向量轨迹确定初始两相和第三相触发角的方法,并以固定步长均匀递减的方式由投入时转速计算出其它后续触发角;结合仿真和实验验证了快速软投入对冲击电流的抑制作用,并分析了不同转速下投入时对电源快速软投入过程的影响。3)对典型周期性变工况负载特性进行能耗分析,深入研究断续供电节能机理和控制模式,并进一步发展了以断续供电为主的综合节能控制新技术。在研究断续供电与最优调压相结合的节能途径过程中,提出一种周期性变工况条件下新的异步电机损耗理论计算方法,可通过测量数据辨识计算转矩和最优电压;对传统的星角变换与无功补偿进行改造,使之与断续供电相协调,得到的综合节能控制技术对变工况负载的综合节电率有很大的提高。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题背景与研究意义  10-13
    1.1.1 抽油机电动机负载特性与适合的节能途径分析  10-11
    1.1.2 几种节能途径的适用性与综合应用探讨  11-12
    1.1.3 断续供电节能控制关键技术及问题的提出  12-13
  1.2 感应电机电源软投入相关理论和控制方法研究综述  13-17
    1.2.1 感应电机重投入过渡过程以及软起动技术研究现状  13-14
    1.2.2 软投入过程中不对称瞬态的研究方法综述  14-15
    1.2.3 电机瞬态过程解析研究综述  15-17
  1.3 本课题目前的研究成果  17
  1.4 本文研究的主要内容  17-19
第二章周期性变工况负载电动机断续供电节能控制方法  19-29
  2.1 典型抽油机负荷模型和电动机能耗分析  19-20
  2.2 断续供电节能机理和控制模式  20-23
  2.3 断续供电控制中冲击电流分析  23-24
  2.4 感应电机电源快速软投入方法与控制策略分析  24-28
    2.4.1 基于晶闸管的快速软投入主电路和控制策略  24-26
    2.4.2 快速软投入触发角序列的改进及控制效果  26-27
    2.4.3 不对称与对称交替过程中定子瞬态电流的影响因素  27-28
  2.5 小结  28-29
第三章感应电机电源快速软投入过程瞬态模型与解析方法  29-47
  3.1 对初始瞬态电流进行解析的必要性及其理论难点  29-30
  3.2 αβ0与空间向量坐标系下不对称瞬态与对称瞬态基本模型  30-36
    3.2.1 两相与三相交替的初始瞬态统一物理模型  30-31
    3.2.2 αβ0坐标系下数学模型及不对称瞬态的降阶模型  31-32
    3.2.3 空间向量复数坐标系表示方法及三相对称瞬态模型  32-36
  3.3 αβ0坐标系下初始两相投入定子瞬态电流的解析  36-39
    3.3.1 初始两相通电时定子电流复频域解析表达式  36-37
    3.3.2 复频域三次特征根的探讨及其在同步速附近条件下的求解  37-38
    3.3.3 同步速附近条件下的定子电流时域解析表达式  38-39
  3.4 第三相投入定子瞬态电流在空间向量坐标系下的解析  39-42
  3.5 基于空间向量的不对称瞬态建模及定转子电流解析  42-46
    3.5.1 借助于空间向量的共轭分量对两相通电的不对称瞬态建模  42-44
    3.5.2 初始两相通电时定转子电流空间向量的解析  44-46
  3.6 小结  46-47
第四章快速软投入触发角序列实用解析计算及影响因素研究  47-67
  4.1 电磁瞬态中快速软投入控制指标与触发角序列的确定思路  47-48
  4.2 初始两相投入定子电流首半波峰值分析与α_0的解析求解  48-56
    4.2.1 同步速时定子电流首半波峰值与α_0关系的定性分析  48-49
    4.2.2 定子瞬态电流各分量及首半波峰值与α_0关系的定量分析  49-51
    4.2.3 由限流值解析求解初始触发角α_0的近似解析计算方法  51-56
  4.3 快速软投入定子电流的空间向量轨迹分析方法与α_1的确定  56-59
    4.3.1 快速软投入首半波定子电流空间向量轨迹的变化规律分析  56-58
    4.3.2 用第三相投入时空间向量轨迹的线速度矢量方向确定α_1  58-59
  4.4 基于准稳态时等值电路计算α_n及其它后续触发角  59-60
  4.5 不同转速条件的影响及快速软投入过程仿真与实验研究  60-66
    4.5.1 不同转速条件对快速软投入初始触发角的影响研究  60-61
    4.5.2 不同恒转速条件下的触发角序列与快速软投入过程的仿真  61-63
    4.5.3 实验室2.2kW电机快速软投入控制的实验与结果比较  63-64
    4.5.4 现场45kW电机快速软投入与断续供电控制过程仿真  64-66
      4.5.4.1 恒转速模型下快速软投入过程的仿真  64-65
      4.5.4.2 变工况下基于快速软投入的断续供电控制过程仿真  65-66
  4.6 小结  66-67
第五章周期性变工况下调压节能研究及综合节能控制技术  67-86
  5.1 周期性变工况条件下最优电压理论研究  67-73
    5.1.1 变工况条件下新的损耗分析方法  67-70
      5.1.1.1 传统T型等值电路下的电气损耗  67-68
      5.1.1.2 变工况条件下传统定子铜耗和铁耗中不变损耗和可变损耗成分的分析  68-69
      5.1.1.3 Γ型等值电路中不变损耗和可变损耗的划分  69-70
      5.1.1.4 稳态条件下总损耗的近似计算  70
    5.1.2 周期性变工况条件下最优电压计算和实施方法  70-72
      5.1.2.1 已知转矩的条件下最优电压求解与分析  70-71
      5.1.2.2 变工况条件下通过测量数据辨识计算转矩和最优电压  71-72
    5.1.3 各种调压控制下平均损耗的计算与星角接法的判定  72-73
  5.2 周期性变工况条件下各种节能途径的能耗比较研究  73-74
  5.3 断续供电与星角变换相结合的节能控制方法  74-78
    5.3.1 断续供电结合星角变换的控制电路和运行模式  75-76
    5.3.2 借助于断续控制消除切换冲击的星角变换控制策略  76-78
  5.4 断续供电与动态无功补偿相结合的综合节能控制  78-85
    5.4.1 断续供电节能控制的无功功率和综合功率损耗  78-79
    5.4.2 与断续供电相结合的动态电容投切控制方法  79-82
      5.4.2.1 与绕组无功需求相匹配的动态无功补偿方案  79-81
      5.4.2.2 基于晶闸管开关的动态投切控制策略  81-82
    5.4.3 以断续供电为主的综合节能控制全过程仿真  82-85
  5.5 小结  85-86
第六章结论与展望  86-89
参考文献  89-94
致谢  94-95
附录1  95-101
附录2  101-109
附录3  109-110
攻读博士学位期间发表的学术论文  110-111
攻读博士学位期间参加的科研工作  111

感应电机电源软投入相关理论及节能控制新技术研究

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