三相異步電動機節(jié)能控制器的研究

　　由以上分析可以得出如下結(jié)論:
　　(1) 最佳調(diào)壓比Kuop 與電動機額定運行時的耗損分布有關(guān), 一般異步電動機有
[PN(1/ηN – 1) - P0]> ( P0 - PΩ) ,即α > 1 ,也就是說額定運行時銅耗大于鐵耗,電動機并非運行于損耗最小狀態(tài).
　　(2) 當(dāng)電動機滿載運行時,其最佳調(diào)壓比Kuop=4√α?xí)r,但其值不能大于1. 1.
　　(3) 只有當(dāng)負(fù)載系數(shù)β<1/√α?xí)r,降低電壓才有節(jié)電意義,且負(fù)載系數(shù)β越小,降壓節(jié)電效果越好.
　　(4) 額定運行時的鐵耗越接近銅耗的異步電動機,采用降壓節(jié)電的效果越好.

　　4 　節(jié)能控制器節(jié)能控制策略
　　4. 1 　異步電動機節(jié)能控制器控制思想

　　由于各電機型號和制造工藝的差別,難以總結(jié)出比較確切的、統(tǒng)一的數(shù)學(xué)解析式. 且傳統(tǒng)的異步電動機節(jié)能控制方式繁瑣,設(shè)計思路復(fù)雜[4] . 應(yīng)用先進(jìn)的模糊控制技術(shù),可以解決這一難題,用最簡潔的方式,最實用的方法,最廉價的成本,通過功率因數(shù)閉環(huán)控制,取得最高效的節(jié)能功效. 因此,本文設(shè)計的模糊控制系統(tǒng)采用雙輸入單輸出的結(jié)構(gòu),實現(xiàn)這一功能.

　　模糊節(jié)能控制主要分為調(diào)壓和調(diào)頻兩種節(jié)能控制,本文主要研究模糊調(diào)壓節(jié)能控制,只是在起動時涉及到調(diào)頻控制. 模糊控制的技術(shù)應(yīng)用基于大量的專家經(jīng)驗或試驗曲線. 在模糊調(diào)壓節(jié)能控制中是根據(jù)功率因數(shù)及定子端電壓的變化來調(diào)節(jié)觸發(fā)角α的大小達(dá)到調(diào)壓節(jié)能目的. 整個控制器控制回路的接線方式非常簡潔,在采用了計算機控制后,可使整個系統(tǒng)的可靠性和自保護(hù)能力大大增強.

　　4. 2 　節(jié)能控制器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　異步電動機節(jié)能控制器的控制系統(tǒng)原理圖如圖1 所示.

　　本控制器主回路采用反并聯(lián)晶閘管相控調(diào)壓.控制回路由檢測的功率因數(shù)角與定子端電壓組成的閉環(huán)構(gòu)成. 控制過程如下:通過對取自電網(wǎng)三相電壓的同步信號過零檢測,與代表電機電流過零點的晶閘管導(dǎo)通信號相比較形成φ角信號. 將功率因數(shù)值cosφ及定子端電壓輸入模糊控制器,經(jīng)調(diào)節(jié)可得到晶閘管移相觸發(fā)角α,從而達(dá)到調(diào)節(jié)定子端電壓,節(jié)能降耗的目的.

　　5 　異步電動機節(jié)能控制器的仿真

　　異步電機節(jié)能控制器由電機及測量檢測顯示,軟起動模塊,功率因數(shù)檢測模塊,數(shù)字濾波器模塊,模糊控制器模塊等模塊組成.

　　在Fuzzy control system模塊中,輸入變量In1為電壓系數(shù)(Voltage) ,輸入變量In2為功率因數(shù)(Power factor) ,輸出變量Out 為觸發(fā)角的大小(modulus) ,它們隸屬函數(shù)均為高斯Ⅱ型. 以Voltage 變量為例給出了其隸屬函數(shù)圖,如圖2 所示,模糊控制曲面觀測器如圖3 所示.

　　仿真參數(shù)設(shè)置如下:選擇的仿真時間0s～5s ;變步長解法器ode23t ;最大最小步長選擇自動;選擇精細(xì)輸出. 軟起動及降壓節(jié)能仿真的過程如下:
　　(1) 滿載分級變頻軟起動的過程. 0s～0. 3s ,加在定子上的相電壓為50V ,頻率為10Hz ;0. 3s～0.8s 加在定子上的相電壓為110V ,頻率為25Hz ;

　　(2) 0. 8s 后加在定子上相電壓的頻率不再改變保持工頻50Hz ,但是定子電壓跟隨負(fù)載率的變化調(diào)節(jié). 具體的,在2s 時將負(fù)載率β變化為0. 4 ,3s 時變?yōu)榭蛰d. 由于沒有真正意義的空載,我們用常量1 而不是零來模擬空載.
仿真過程中,A 相定子相電流、功率因數(shù)、電動機輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的變化情況如圖4～圖7 所示.