异步电机阅读报告西工大电气工程及其自动化专业电机学报告.docx
《异步电机阅读报告西工大电气工程及其自动化专业电机学报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异步电机阅读报告西工大电气工程及其自动化专业电机学报告.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
异步电机阅读报告西工大电气工程及其自动化专业电机学报告
异步电机阅读报告
姓名
学号
班级
目录
摘要1
一、异步电机等效电路的简明推导及分析2
二、三功率异步电机在抽油机中的节能应用4
三、异步电机设计方案的评审5
四、改进的异步电机直接转矩控制方法7
五、异步电动机效率优化控制策略综述8
六、非破坏性的方法估算异步电机的磁材料性能9
参考文献11
摘要
《异步电机等效电路的简明推导及分析》通过异步电机化理想变压器和异步电机电压方程等效变换，推导了常用的异步电机稳态等效电路和动态等效电路；《三功率异步电机在抽油机中的节能应用》文中根据游梁式抽油机的工作状态适当调整电机的功率，提高整个抽油机系统的效率，从而减少对电网质量的损害；《异步电机设计方案的评审》从经济适用、可靠性高、高效节能、降低成本、外形美观流畅和符合环保要求提出要求来进行异步电机的设计；《改进的异步电机直接转矩控制方法》提出了一种新型控制方法，该方法明显优于常规的直接转矩控制，提高了系统的控制性能；《异步电动机效率优化控制策略综述》介绍了几种典型算法的原理和性能，并指出了异步电动机效率优化的研究方向。
关键词：
异步电机效率控制
一、异步电机等效电路的简明推导及分析
等效电路在分析异步电机的工作原理和各物理量的关系时起着重要的作用。
在我们的电机学课堂上，异步电机的等效电路也是学习的一个重点。
文章提出一种简明的异步电机等效电路推导法。
该方法通过化理想变压器和异步电机电压方程等效变换，推导过程简单，易于理解。
使用到的主要方法是理论推导，得出称T型动态等效电路和直接转矩控制r型动态等效电路特定的物理意义，便于初学者理解。
课堂中我们学习的异步电机等效电路如下：
图3异步电机T型稳态等效电路
由上图可以得到异步电机电压平衡方程式为：
Us=Is×[Rs+j（Xs+Xm）]+Ir×jXm；
Is×jXm+[Rr/s+j（Xr+Xm）]×Ir=0；
即：
（1）
1、通用稳态等效电路
设a为任意常数，变换矩阵
（2）
把式
（2）代入式
（1），并在等式两侧左乘
，通过化简，得
由以上二式得到通用稳态等效电路如下：
2、通用动态等效电路
异步电机动态特性由下述电压平衡方程描述：
（3）
和稳态电路一样，也可对式（3）进行变换，可得：
令转子反电势空间矢量e=-jwaLmIs-jwaLrIr
由以上三式可得异步电机通用动态等效电路为：
异步电机等效电路不是唯一的，可按需要等效变换适当选择。
文中提出的异
步电机等效电路推导方法，推导过程简单，易于理解。
二、三功率异步电机在抽油机中的节能应用
我国所有的油田中，大多数使用的是游梁式抽油机。
根据游梁式抽油机的工作状态适当调整电机的功率，提高整个抽油机系统的效率，并使驱动电机的功率因数在整个工作过程都维持在一个较高的水平，从而减少对电网质量的损害。
图2.电机效率和功率因数曲线
论文中先介绍了游梁式抽油机工作时的相关参数，指出存在的问题。
然后给出新的解决方法，测出相关数据。
通过数据的对比，明显、直观的可以看出使用三功率异步电机的优势。
游梁式抽油机工作时分为三部分，即上冲程、死点附近和下冲程。
上冲程需要很大能量，为高功率段；曲柄转过死点时为中功率段；下冲程由于重力作用，为低功率断。
其中中、低功率段对电能的浪费很大。
相关参数如下表：
测试项目
功率/kW
电流/A
效率/%
功率因数
高功率段
15
33.4
89.9
0.76
中功率段
10
25.5
90.2
0.66
低功率段
7.5
22.4
89.4
0.57
当换用三功率电机，而其他参数不变的情况下，按照之前的实验方法做相同的测试，得到如下结果：
测试项目
功率/kW
电流/A
效率/%
功率因数
高功率段
15
33.7
91.5
0.76
中功率段
10
21.4
92
0.77
低功率段
7.5
15.4
92.3
0.8
对比两次的数据，易发现，当使用了三功率电机之后，电机在中、低功率段的功率因数得到了提高，电能的利用率提高了。
在实际应用中，可以设计使其不需人为干预，可以实现自动转换。
可以通过检测电流来达到识别的目的，进而进行控制。
具体流程图如下：
图3.工作流程框图
三、异步电机设计方案的评审
异步电机设计方案的优劣仅凭技术、经济指标评审是不够的还要从经济适用、可靠性高、高效节能、降低成本、外形美观流畅和符合环保要求的绿色产品进行综合评审，这样的设计方案才是经济适用、提高社会效益，满足市场需求的最佳设计方案。
文章从评价异步电机设计方案的各个方面来讨论怎样的设计方案才是最合适的。
主要包括三大类：
先进性、工艺性和适用性。
下面分别进行讨论。
先进性
方面，首先要求技术、经济指标高。
其中，技术指标包括电机的一些常用参数，比如效率、功率因数、最大转矩倍数、堵转转矩倍数及噪声、震动等等。
经济指标包括生产制造、使用、维修等方面的费用。
另一个重要的方面是，要求电机在设计中不留缺陷。
设计中的隐患将对产品从始至终的使用都会带来负面的影响，因此要格外注意。
具体包括一下方面。
1、电磁参数的选择不留隐患。
一些常见的参数比如气隙、绕组节距、磁密等一定要选择恰当。
比如气隙选择得小，则cosϕ提高。
但是气隙过小时会导致电磁噪声增强，附加损耗增加等。
2、温升裕度要留得合适。
因为一般电机试验时环境温度低，而使用现场电压波动大，维护状况不佳，则预留的温升裕度应适当地增加。
有如下相关标准：
3、电机零部件变形小、刚度好。
电机在运行过程中震动较大，因此部件的刚度等要求较高。
4、风路设计要合理。
若散热效果差，对电机的使用会产生较大的负面影响。
工艺性方面的考虑，要立足于企业，结合实际，考虑到加工的方便性以及未来技术的发展趋势来进行设计。
适用性方面，要考虑到如下因素：
1、电机需要结构简单，便于安装、拆卸、修理。
2、保证电机能够安全、可靠的运行。
这方面是电机设计很重要的一个因素。
3、振动、噪声小。
这有利于现场操作人员的身心健康和改善其心理状态。
4、便于维护。
考核、评定一个方案，要从设计、制造、使用全方位、深层次的评价，对于可能出现的隐患要充分考虑，才能大幅度提高产品质量。
四、改进的异步电机直接转矩控制方法
传统直接转矩控制电机的方法，低速时电流和转矩波动很大。
对于这一缺点，寻找出了一种解决方法来减少了转矩和电流脉动。
最终使得系统的控制效果得到明显改善。
论文先对原有的控制方法加以分析，找出其控制中的缺陷，然后提出一种新的控制方法，先进行理论分析，讨论其可行性，然后使用Matlab进行仿真，来加以证实提出的新方法的正确性。
异步电机直接转矩控制的方法的缺陷在于，电机高速运行时零电压矢量对转矩的减小作用比低速时强得多。
因此对于不同转速区要区别对待，使用不同的控制方法。
高速范围内转矩滞环比较输出为负值时，选择零电压矢量代替工作电压矢量以防止出现过大的转矩脉动。
而传统直接转矩控制中以两个滞环比较器和开关电压矢量表构成的控制策略很难对低速环境进行好的控制，因此在低速条件下引入了模糊神经网络控制器。
这种智能控制器不存在区间转换问题，不会导致因定子磁链区间发生变化时引起的定子电流和转矩波动。
图1.模糊神经网络直接转矩控制结构图
对于提出的新方法的验证，使用了Matlab进行仿真。
相关数据如下：
仿真所用的异步电机规格参数：
电机功率P=2．5kW，定子电阻Rs=4．35Ώ，转子电阻Rr=2．23Ώ，定子电感Ls=0．3562H，转子电感Lr=0.3562H，定转子互感Lm=O．3425H，转动惯量J=O．00825kg·m2，极对数P=2，给定转矩T=8Nm，在[0-0．6—1．8]s的时间范围内给定转速发生阶跃变化[300—800一l200]r/min。
在Matlab／simulink7．2环境下，对经典直接转矩控制和改进直接转矩控制的控制效果进行比较。
仿真结果可以看出。
改进型直接转矩控制系统磁链相比传统直接转矩控制更接近于圆形，转矩脉动在低速范围内的波动减少了50％以上之多，电流畸变更小，性能得到了明显的提高。
传统直接转矩控制低速时转矩脉动大，电流畸变严重，最大的缺点就是低速
控制时很难达到所需的控制性能。
经仿真证实，新提出的方法在低速时采用智能控制器控制，能够很好地减少电流畸变；高速时引入经过改进的开关表，减少了转矩脉动，总体来看有一定的工程实用性。
五、异步电动机效率优化控制策略综述
异步电机的应用越来越广泛，因此其运行效率也备受关注。
如何提高异步电机的运行效率，尤其是在轻载时效率的提升，都是人们所关注的。
论文所采用的研究方法，是从理论上分析计算如何提高效率，并对比了传统的两种提升效率的方法，分析其各自的优缺点，最后提出结合了两者的方法，来更好的提升异步电机的运行效率。
效率的定义为：
如我们在课堂中学习的那样，要提高电动机的运行效率，只有降低电动机运行时的损耗。
当输出功率一定时，即为使输入功率最小。
目前常见的提高效率的方法分为两类，分别是基于电机损耗模型的损耗模型控制法（LMC）和基于输入功率检测的搜索控制法（SC）。
前者的缺点是需要建立准确的损耗模型，其受各种因素的影响较大。
有点是响应速度快。
后者操作简单，不需要电机参数等，但是搜索过程收敛时间长。
这二者的优缺点互补，因此糅合二者的混合算法得到了很多关注。
损耗模型控制法中异步电机等效电路如下：
可以计算的总损耗为：
由
计算得d轴电流产生的损耗等于q轴电流产生的损耗时总损耗
最小。
这种方法依赖于所使用模型的精确度。
搜索控制法输入为运行中主电路的电流和电压，通过循环在线搜索的方法，找到最小输入时的磁通。
使用较广的有模糊搜索法和黄金分割法。
图4.基于SC效率优化的异步电机矢量控制系统
混合控制方法含有一种新型的比例因子的获取策略，能够很好的解决传统的方法的缺点，其运行可靠稳定，可很好的到达效果。
六、ANon-DestructiveMethodologyforEstimatingtheMagneticMaterialPropertiesofanAsynchronousMotor（非破坏性的方法估算异步电机的磁材料性能）
（英文文章难以读懂，所以只大概总结了自己所能看懂的部分）
文中所研究的内容涉及到磁性材料的特性、磁化曲线、损耗参数等内容。
文章的目标是确定非破坏性的，即没有恶化或影响，电磁设备为一个更复杂的几何形状的磁性物质属性。
主要关注两个问题，即使用逆问题和逆问题的配置。
因为逆问题本身进行分析过于复杂，因此提出了一个相对简单的测量方式，即通过空载实验来测量相关数据后进行分析计算。
由于电流垂直取向上的磁回路的平面内，因此，磁感应强度和场定向在此平面上。
该载体具有潜在从而在磁回路的平面的垂直分量。
在IM芯材
（1）中的磁导率是通过下面的正常磁化曲线定义为：
在本文中，用于识别一个异步电机的磁性材料性能的高效的逆过程提出。
建议的逆方法使用定义良好的整体和局部磁测量，在无负载con-DITION，用于恢复两个磁特性：
正常磁化曲线和铁损。
关于损耗测量的内容，铁损测量是在无负载条件下进行的。
首先测量了电机的电功率，它包括轴承损耗，铜损耗和铁损耗。
风年龄的损失不包括在内，因为机器没有呼吸机。
其中轴承损耗可以用跳动测试来计算，铜损与电流和电阻有关，也易于测量。
参考文献
[1]丁洁,严杰.三功率异步电机在抽油机中的节能应用[J].电机技术,2012（6）.
[2]陈义忠.异步电机设计方案的评审[J].防爆电机,2006
（2）.
[3]党存禄,周超英,张晓英.异步电机等效电路的简明推导及分析[J].微电机,2011
（2）.
[4]刘刚,林都.改进的异步电机直接转矩控制方法[J].煤矿机械,2010
（1）.
[5]林显军,程小华.异步电动机效率优化控制策略综述[J].微电机,2011（7）.
[6]AbdallhAA,SergeantP.ANon-DestructiveMethodologyforEstimatingtheMagneticMaterialPropertiesofanAsynchronousMotor[J].IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS,2012（4）.
[7]辜承林,陈乔夫,熊永前.电机学[M].中国武汉:
华中科技大学出版社,2010.
升级会员 