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交流电机非线性问题及节能运行的研究

作　者: 卢贤良
导　师: 吴汉光
学　校: 福州大学
专　业: 电机与电器
关键词: 交流感应电机非线性最大效率控制策略有功无功匹配比
分类号: TM34
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

交流电机是非线性、强耦合、多变量、周期性的机电能量转换的复杂系统，其非线性问题一直是电机工作者长期研究的方向之一，解决电机非线性问题已成为进一步提高电机运行性能的关键之一。当今，交流感应电机消耗掉60％以上的电能，随着能源危机、环保意识的增强，交流电机的节能运行控制开始得到关注。提高交流电机运行效率对于自然资源贫乏、能源使用效率低的我国而言更具有重大的经济和社会意义。对交流电机的非线性问题和交流电机最大效率进行深入研究。首先研究交流电机磁滞和饱和对电机电磁特性的影响，利用电机空载实验找出能够反映磁滞现象的滞后角(磁密过零较磁势过零的滞后角度)，推导出一种直接估算磁滞损耗的计算公式。其次，研究交流电机非线性模型。通过引入非线性磁链对线性磁链导数的因子，提出一种新型的非线性线性化处理的方法。列出考虑磁滞及饱和的交流感应电机非线性状态方程，建立起交流电机较准确非线性的数学模型，并进行仿真，仿真结果与实验及理论分析一致。然后，对电压型PWM供电下的交流电机性能进行研究，提出电压空间矢量区域间归算的方法，简化了分析，建立起考虑死区及磁滞和饱和非线性的数学模型。而后，对基于DSP的电压型PWM变频实验装置进行研究，得到适合各个电压空间矢量区域的PWM实时在线计算的统一表达式。接着，对交流电机最大效率运行的机理进行研究。利用交流电机矢量分析原理，得到考虑铁损耗的最大效率变化关系式，采用市电电源供电以及变频变压供电的两种供电形式对交流电机最大效率进行实验研究，理论和实验相吻合，说明有功、无功合理分配可使电机效率最大。最后，对最大效率的控制策略进行深入研究，采用根据有功无功合理匹配可以获得最大效率的理论、基于转子磁链定向控制的交流电机最大效率运行的控制策略，并根据此控制策略建立起电压型PWM变频闭环控制系统仿真数学模型，对电机运行性能进行仿真研究和优选控制参数。从仿真结果来看，采用本研究最大效率控制策略不仅使电机系统具有良好的动态调速性能，而且运行效率高。

全文目录

第一章引言  6-17
  1．1 交流电机磁滞现象  7-8
  1．2 交流电机非线性问题  8-9
  1．3 PWM供电下的电机模型  9-10
  1．4 交流电机节能运行  10-12
  1．5 交流电机最大效率控制策略  12-13
  1．6 本学位课题来源、目标及成果  13-17
第二章磁滞及饱和对交流电机性能影响的分析  17-28
  2．1 引言  17
  2．2 滞环系统的响应  17-18
  2．3 磁场强度在空间按正弦分布  18-20
  2．4 绕线型电动机发电机状态时空载特性  20-21
  2．5 磁感应强度在空间按正弦分布  21-22
  2．6 感应电机电动状态时空载特性  22
  2．7 电机磁滞损耗的估算  22-26
  2．8 本章结论  26-28
第三章交流电机非线性模型  28-39
  3．1 引言  28
  3．2 abc基本电机方程  28-31
  3．3 状态方程  31
  3．4 实际磁链对线性磁链因子的引入及实验求取  31-34
  3．5 感应电机仿真程序框图  34-35
  3．6 仿真结果分析  35-38
  3．7 本章结论  38-39
第四章电压型PWM供电时交流电机数学模型  39-52
  4．1 引言  39
  4．2 PWM调制及换流过程  39-43
  4．3 空间矢量区域Ⅰ状态方程  43-44
  4．4 其他空间矢量区域状态方程及转换  44-46
  4．5 仿真程序框图  46-48
  4．6 仿真结果  48-50
  4．7 本章结论  50-52
第五章 PWM变频调速实验装置  52-68
  5．1 引言  52-53
  5．2 变频器的主要结构  53-55
  5．3 硬件电路  55-58
  5．4 空间矢量PWM实时计算  58-61
  5．5 基值与比例尺  61-63
  5．6 软件组成  63-66
  5．7 实验装置运行测试  66-67
  5．8 本章结论  67-68
第六章交流电机经济运行的研究  68-78
  6．1 引言  68-69
  6．2 最大效率运行的理论分析  69-72
  6．3 无功与有功合理分配与最大效率  72-73
  6．4 工频电源下最大效率的实验研究  73-76
  6．5 利用电机参数估算最大效率转差率  76-77
  6．6 本章结论  77-78
第七章变频调速下最大效率的实验研究  78-100
  7．1 引言  78
  7．2 实验电路及方法  78-80
  7．3 实验数据分析  80-88
  7．4 实验数据处理和分析  88-95
  7．5 最大效率分析  95-99
  7．6 本章结论  99-100
第八章最大效率运行控制策略的研究与仿真  100-114
  8．1 前言  100-101
  8．2 交流电机节能运行控制策略指导思想  101-102
  8．3 交流电机转子磁链定向控制  102-106
  8．4 交流电机最大效率运行的磁场定向控制策略  106-107
  8．5 最大效率控制仿真  107-110
  8．6 仿真结果  110-112
  8．7 本章结论  112-114
结论  114-117
参考文献  117-126
致谢  126-128

交流电机非线性问题及节能运行的研究

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