基于PLC和变频器的双馈电动机节能技术研究

【摘要】：我国约有60%的电动机工作在40%负荷以下的轻载状态，这直接导致了约30%的能源被浪费。针对这种情况，电机轻载状态下的节能技术显得尤为重要。双馈电动机因为其独特的转子单独励磁的特点，在电机调速、节能方面具有很大的优势，尤其对于水泵、风机类负载更能突出其明显的节能效果。 本文首先对双馈电动机的理论进行了分析。建立了双馈电动机调速数学模型；推导了双馈电动机的基本方程及其等效电路；根据等效电路建立了功率因数控制的数学模型；在此基础上提出了恒视在功率节能控制策略并推导出了其控制模型。使用MATLAB软件对以上的数学模型及控制策略进行了仿真实验。 其次，研究了PLC与通用变频器在控制系统中的应用技术。对比分析了传统的基于DSP与IGBT的“交直交”转子励磁控制器的不足和PLC与变频器控制系统的优势；针对双馈电动机节能控制系统的特点设计了基于PLC与变频器的主电路和控制电路；设计出了电机实时参数检测电路；搭建出了基于PLC与变频器的电机节能实验系统。 最后，在理论研究和仿真分析的基础上，进行了大量的实验，记录了完整的实验数据，并对数据进行了详细的分析，取得了理想的实验效果。实验结果表明，所提出的双馈电动机节能控制理论是可行的，双馈电动机节能控制系统达到了预期的节能目的。 本文所提出的双馈电动机节能控制技术方案，可以比定子侧变频器少一半左右的成本，并且显著提高双馈电动机的运行效率。特别是应用恒视在功率节能控制策略，可以节省大量的无功功率补偿设备的购买和维护经费。 【关键词】：电机节能 双馈电动机 PLC 变频器
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM301.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 课题的背景与意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-12
• 1.3 论文研究的主要内容12-13
• 第二章 双馈电动机控制理论与节能技术研究13-27
• 2.1 双馈电动机的基本构成与优势13-14
• 2.1.1 双馈电动机的基本构成13
• 2.1.2 双馈电动机的优势13-14
• 2.2 转子变频调速14-16
• 2.2.1 原理与数学模型14-15
• 2.2.2 速度调节的仿真分析15-16
• 2.3 功率因数控制16-21
• 2.3.1 双馈电动机的等效电路16-18
• 2.3.2 原理与数学模型18-20
• 2.3.3 V 型曲线的仿真分析20-21
• 2.4 恒视在功率节能技术21-26
• 2.4.1 原理及数学模型21-22
• 2.4.2 恒视在功率动态调节过程分析22-24
• 2.4.3 调节过程的仿真分析24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 PLC 和变频器的应用技术研究27-36
• 3.1 PLC 应用技术27-30
• 3.1.1 PLC 的选型27-28
• 3.1.2 PLC 的参数设置28-30
• 3.2 通用变频器应用技术30-31
• 3.2.1 变频器的选型30
• 3.2.2 变频器的参数设置30-31
• 3.3 PLC 与变频器的系统结构设计31-35
• 3.3.1 传统 DSP 与 IGBT 控制系统的不足31-32
• 3.3.2 PLC 与变频器系统的优势32-35
• 3.3.3 系统结构设计35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 基于 PLC 和变频器的双馈电动机节能控制系统设计36-49
• 4.1 主电路与控制电路设计36-38
• 4.1.1 主电路设计36-37
• 4.1.2 控制电路设计37-38
• 4.2 双馈电动机瞬态参数检测电路设计38-42
• 4.2.1 转子转速检测电路38-39
• 4.2.2 定子侧功率因数检测电路39-42
• 4.3 起动控制电路设计42-46
• 4.3.1 变频器瞬态特性技术研究42-45
• 4.3.2 起动控制电路设计45-46
• 4.4 变频器容量释放电路设计46-48
• 4.4.1 通用变频器存在的问题46-47
• 4.4.2 变频器容量释放电路设计47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 系统实验研究与分析49-65
• 5.1 双馈电动机起动实验49-54
• 5.1.1 起动过程分析49
• 5.1.2 实验数据分析49-52
• 5.1.3 馈电失败原因分析52-54
• 5.2 变频器容量释放实验研究54-58
• 5.2.1 变压器低频电压变比实验55-56
• 5.2.2 变压器低频空载电流实验56-57
• 5.2.3 变频器容量释放实验57-58
• 5.3 速度调节实验58-59
• 5.4 功率因数控制实验59-61
• 5.5 恒视在功率节能实验61-63
• 5.6 节能对比分析63-64
• 5.6.1 与定子变频技术的投资对比63
• 5.6.2 节能效益分析63-64
• 5.7 本章小结64-65
• 第六章 结论65-67
• 参考文献67-70
• 附录A 双馈电动机节能控制系统电路图70-75
• 附录B 双馈电动机节能控制系统实物图75-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78

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