交流电机节能器控制系统的研究

摘要

近几年，随着国民经济的高速发展，我国能源消耗量迅速增加。其中电能的浪费最为严重，而异步电机是一种应用量大、使用范围比较广泛的高耗能电力设备，异步电机大都处于轻载，甚至在空载下运行，这样造成电动机的功率因数降低、效率下降、电能浪费等严重后果。因此，提高电机的运行效率可以极大的缓解能源紧缺状况，对提高国民经济效益，具有至关重要的现实意义。
　　论文首先以异步电机轻载效率较低的原因为出发点，详细分析交流异步电机的能耗关系，并给出了异步电机通过控制铜耗与铁耗达到合适的比例，来实现电机的效率优化。随后对确定电机节能工作点进行了深入分析，电机的最优运行工作点是根据损耗最小的原则，确定电机的最优运行定子频率和励磁电压，从而对异步电机进行节能控制。本文中对无速度传感器矢量控制法进行分析，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性。
　　在以上理论分析的基础上，完成了系统的硬件电路设计及软件算法设计。硬件设计中包括主控芯片的选择(80C196KC)、A/D转换模块的选择、主电路设计、驱动电路设计、检测电路设计、供电电源设计以及键盘、显示电路设计等，在软件设计中给出了各主要功能模块的详细流程图以及PI算法，随后文中还介绍了在本次系统设计中的软硬件抗干扰措施。
　　最后对异步电机的最大效率进行实验，通过改变电机的频率或调压来，研究电机的运行效率的变化规律，探索功率匹配下的最大效率运行控制的原理，并进行处理分析，验证方法的切实可行性。本系统还对模型参考自适应法的转速辨识进行了仿真，从而实现无速度传感器矢量控制。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 变频调速的优势与发展

1．4 研究内容

第2章 异步电机的损耗分析

2．1 异步电机的损耗简介

2．1．1 铜耗

2．1．2 铁耗

2．1．3 机械损耗

2．1．4 杂散损耗

2．2 电机节能工作点的确定

2．3 本章小结

第3章 节能控制系统的硬件设计

3．1 系统的结构框图

3．2 元器件的选择

3．2．1 单片机的选择

3．2．2 A／D转换模块的选择

3．3 系统主要功能模块电路设计

3．3．1 主电路设计

3．3．2 驱动电路设计

3．3．3 供电电源的设计

3．3．4 检测电路设计

3．3．5 键盘及显示电路设计

3．4 系统的硬件抗干扰技术

3．4．1 干扰的来源

3．4．2 抗电磁干扰的措施

3．5 本章小结

第4章 无速度传感器矢量控制法

4．1 无速度传感器矢量控制方法

4．2 转子磁链观测

4．2．1 电流模型

4．2．2 电压模型

4．3 转速估计

4．4 本章小结

第5章 节能控制系统的软件设计

5．1 系统主程序设计

5．2 电机节能模块子程序设计

5．3 A／D转换中断服务子程序设计

5．4 基于MRAS的磁链、转速观测设计

5．5 PI调节器算法

5．6 故障中断子程序设计

5．6．1 断相保护

5．6．2 过流保护

5．6．3 过压保护

5．7 软件抗干扰设计

5．8 本章小结

第6章 实验与仿真

6．1 实验电路

6．2 实验数据的处理

6．3 无速度传感器矢量控制系统仿真结果

6．3．1 系统仿真模块的建立

6．3．2 仿真结果

6．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢