基于关断角控制的电机节电器的设计与实现

摘要

电机及其系统耗电约占我国总发电量的60％以上，由于交流异步电动机结构简单，价格便宜且适应性好而广泛用于工业、农业等领域。电机运行时，常常所带负载处于变化状态，甚至长期运行在轻载或者空载情况下，造成大量的电能浪费。在轻载或者空载工况下，其损耗占据电动机所消耗电能总量的很大一部分。通过降压节能方法，在保证电机转轴上必要的转矩不变的前提下，有效地减少不必要的铁损耗以及铜损耗，从而提高电机功率因数以及运行效率。在提倡环保节能的大背景下，该方法具有广泛的应用前景和现实意义。
　　首先，本文以异步电机T型等效电路为基础，得到了电机正常运行时的功率分布，并且得到了各铜损耗、铁损耗与定子端电压、定子电流之间的关系，推断出适当降压可以减少电机损耗。选择降压节能方法，分析了降压节能的原理以及可行性，确定了以晶闸管调压电路为基础的节电器装置设计方案。对触发角控制策略和关断角控制策略进行了理论分析和仿真建模比较，选择了在控制上更稳定、简单的关断角控制策略。
　　其次，通过对关断角控制时电机的定子端电压公式的分析，得出电机实时可测功率因数和晶闸管关断角都会对定子端电压产生影响。本文采用模糊控制，将可测功率因数及其变化率作为输入量，关断角作为输出量，通过晶闸管调压电路切削电压，降低定子端电压。为了验证控制方法的可行性，在基于MATLAB/SIMULINK关断角控制仿真模型的基础上，加入了模糊控制模块，仿真结果验证了该节电装置在理论上是可行的。
　　然后，在理论分析和仿真验证的基础上，设计了实际可行的软硬件实施方案。硬件系统里包括了以32位ARM处理器为核心的硬件最小系统，绝对值电路，电压电流过零及A\D检测，晶闸管触发电路等。在软件方面，需要在误差允许范围内准确获取电压与电流过零信号，确保程序快速运行，通过调用模糊控制函数得到关断角后，以检测到的过零中断信号为基准发送控制晶闸管的脉冲串，以此控制晶闸管切削电压。
　　最后，通过样机实验，表明该节电器装置具有较好的节电效果，轻载时效果最佳，同时验证了本文提出方案的可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 电机节能技术常用方法

1.3 电机节能的研究现状

1.4 本文的主要内容和章节安排

第2章 三相异步电动机降压节能原理及控制策略

2.1 三相异步电机能耗分析

2.2 降压节能原理分析

2.3 触发角控制策略分析

2.4 关断角控制策略分析

2.5 本章小结

第3章 节电装置系统仿真

3.1 模糊控制规则

3.2 节电器系统仿真模型

3.3 节电器仿真结果分析

3.4 本章小结

第4章 软硬件设计

4.1 节电系统构成

4.2 硬件设计

4.3 软件设计

4.4 本章小结

第5章 实验

5.1 实验平台的搭建

5.2 实验结果分析

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附图

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果