异步电动机节能运行控制器的研究与实现

摘要

目前，三相异步电动机是使用量最大、应用最广泛的动力设备，在额定功率附近工作时，具有良好的机械特性和较高的功率因数及运行效率。但在实际生产运行中往往存在电动机启动电流大、轻载时运行效率低、缺乏保护功能等问题，易造成经济损失。本论文针对异步电动机轻载时效率低下的问题，研究并设计一种具有软启动、保护功能，能够自动随负载变化而调整输出电压的节能控制装置。
　　论文对异步电动机的机械特性和运行能耗结构进行分析，在此基础上，深入分析了异步电动机轻载时电动机损耗和输入电压之间的关系，为异步电动机实现降压节能奠定理论基础。研究了通过定子电流的大小调节电动机工作电压的控制方法，设计了基于黄金分割法在线搜索最小定子电流的控制算法，该控制策略能有效减小搜索时间，又具有良好的收敛性，能够使电动机工作在与负载大小相匹配的最佳工作点。
　　为了验证算法的有效性，设计并完成了电动机降压节能控制器的硬件电路和软件程序。硬件电路包括主控制电路和电动机驱动电路两部分，主控制电路以DSP为控制器，满足了系统对采样数据处理的快速性和实时性要求；电动机驱动电路包括基于IGBT模块的主电路、IGBT管门极驱动电路、电流和电压检测电路、系统直流稳压电源以及其他辅助电路等。其中电源部分设计了基于电压反馈的单端反激式开关电源；IGBT管门极驱动设计了基于高速光电耦合器TLP350的驱动电路；同时对其他辅助电路进行了合理的设计。最后完成了节能控制的程序设计，重点对电流、电压和功率等关键量的计算处理、IGBT模块触发脉冲的生成、故障处理以及人机交互等程序进行了设计。
　　最后对完成的样机进行了各项功能测试和节能效果试验，实验表明了节能控制器的各项功能和节能效果达到了设计的目标，验证了所提出控制方法的可行性和有效性。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2课题背景及研究的意义

1.3 电动机节能控制器的研究现状

1.4异步电动机节能降耗技术的研究现状

1.5课题研究内容

第2章 异步电动机的降压节能原理

2.1异步电动机的损耗分析

2.2输入电压和工作电流之间的关系

2.3动态降压节能理论分析

2.4降压节能实用场合

2.5本章小结

第3章 异步电动机降压节能控制策略

3.1异步电动机的节能控制策略

3.2 基于在线搜索最小定子电流的控制策略

3.3本章小结

第4章 降压节能控制系统的硬件设计

4.1 控制系统设计思路

4.2节能控制器总体硬件设计

4.3主控电路的设计

4.4 IGBT模块驱动电路板的设计

4.5系统辅助电源的设计

4.6 PCB设计与实现

4.7本章小结

第5章 降压节能控制系统的软件设计

5.1 DSP 程序设计

5.2 小结

第6章 实验结果与分析

6.1实验平台的搭建

6.2 节能控制器的实验数据测量

6.3实验结果分析与结论

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间的研究成果