基于模糊控制的三相异步电机节能控制器的研究设计

【摘要】： 由于三相异步电动机运行环境及运行情况各异,有时要在各种变负载、频繁起动制动状态下运行,为了满足启动转矩以及重载的情况下运行,往往需要选择功率相对较大的电动机,这样轻载时功率因数相对较低,必然浪费大量的能源,因此轻载节能十分必要。 首先,本文从电机轻载时候效率较低的原因出发,分析了交流异步电机的能耗关系,得出了电机效率、功率因数和输入电压以及负载率之间的关系;同时对降电压节能的可行性和晶闸管触发角的变化对输出电压的影响进行了研究。当负载率较低时尤其是空载时电机运行效率较低,损失了大量的无功功率,此时可以通过降低输入电压从而提高电机的功率因数。 其次,本文在模糊控制理论分析的基础上,采用了加入了可调因子的积分型模糊控制器来控制晶闸管触发角,以降低端电压,提高电机功率因数,从而达到轻载节能的目的。 最后,本文对控制系统进行了软硬件设计。主电路由三相反并联晶闸管电路、功率因数角检测电路以及晶闸管触发电路和串行存储电路构成,以PIC16F877A为主控制芯片;在软件设计中给出了各主要功能模块的详细流程图,包括软起动子程序流程图、模糊控制算法流程图。随后又介绍了系统设计中的软硬件抗干扰措施和实验结果。 【关键词】：三相异步电机 轻载节能 功率因数角 模糊控制 晶闸管
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM343;TM571.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景和意义10-11
• 1.2 目前国内外研究现状11-15
• 1.2.1 控制方法的现状与发展11-12
• 1.2.2 节能控制器的研究现状及发展趋势12-14
• 1.2.3 当前我国各类节电器的优劣与性能比较14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 1.4 本文的结构16-17
• 第2章 交流异步电机节能控制原理及控制策略17-34
• 2.1 交流异步电机的能耗与效率分析17-21
• 2.1.1 能耗分析17-18
• 2.1.2 功率关系18-20
• 2.1.3 电机效率和功率因数的关系20-21
• 2.2 降压节能原理分析21-32
• 2.2.1 降压节能理论分析21-23
• 2.2.2 不同负载下的电压变化与功率因数的关系23-25
• 2.2.3 功率因数角变化规律25-27
• 2.2.4 功率因数角变化对晶闸管输出电压的影响27-29
• 2.2.5 触发角变化对晶闸管输出电压的影响29-32
• 2.3 控制量的选择及控制策略32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 模糊控制理论基础及其设计34-45
• 3.1 模糊控制的理论概述34-39
• 3.1.1 PID 控制简介34-35
• 3.1.2 PID 控制的分析35
• 3.1.3 模糊集理论基础35-37
• 3.1.4 模糊关系及推理合成规则37-38
• 3.1.5 模糊推理38-39
• 3.2 模糊控制器设计方法和步骤39-43
• 3.2.1 模糊控制模型的选取39-40
• 3.2.2 精确量的模糊化40-41
• 3.2.3 模糊控制规则的制定与推理41-42
• 3.2.4 清晰化计算42-43
• 3.3 模糊控制器的设计43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 电机软起动和基于模糊控制的节能控制算法的设计和仿真45-57
• 4.1 电机软起动45-46
• 4.1.1 电机软起动实用算法45-46
• 4.2 三相异步电机模糊控制算法设计46-51
• 4.2.1 输入输出变量的隶属度函数及模糊规则的确立46-48
• 4.2.2 闭环控制系统48-49
• 4.2.3 模糊规则的确定和模糊推理49-51
• 4.3 仿真结果51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 节能控制系统的软硬件设计57-69
• 5.1 节能控制系统总体设计方案57-58
• 5.2 硬件设计58-62
• 5.2.1 主控制芯片和晶闸管模块的选择58
• 5.2.2 电源电路58-59
• 5.2.3 电压过零检测59
• 5.2.4 电流过零检测以及过流保护电路59-60
• 5.2.5 相序检测60
• 5.2.6 缺相保护60-61
• 5.2.7 触发电路61
• 5.2.8 串行存储电路61-62
• 5.2.9 系统的硬件抗干扰技术62
• 5.3 软件设计62-66
• 5.3.1 初始化子程序设计64
• 5.3.2 软起动与软停车程序设计64-65
• 5.3.3 模糊节能控制算法的软件实现65-66
• 5.3.4 软件抗干扰性的设计66
• 5.4 系统试验与分析66-67
• 5.5 本章小结67-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果74-75
• 致谢75-76
• 作者简介76

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