三相感应电动机效率优化控制系统技术方案

一种三相感应电动机效率优化控制系统，涉及电动机节能技术领域。由数字信号处理器系统、传感器、整流器、逆变器和液晶显示系统构成，包括：数字信号处理器、ＣＡＮ总线收发电路、液晶显示控制驱动电路、液晶显示器、开关电源、滤波整形放大电路、光电隔离驱动电路、直流电流变送器、直流电压变送器、霍尔电流传感器、增量式光电编码器、逆变器、整流器。数字信号处理器将各传感器检测的电流、电压和电动机转速信号进行数字信号处理、输入功率计算以及效率优化算法后，发出控制命令，控制逆变器，在保持输出功率不变前提下减少输入功率，至获得最小值。本实用新型专利技术实现电动机全局在线效率优化，即无论负载大小如何都可将其控制在效率最佳的运行状态。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电动机节能
，特别是一种通过实时优化三相感应电动机运行效率而实现节能降耗的控制装置。
技术介绍
电动机是电力机械最主要的原动力设备，在国民经济发展和社会生活中占有极其重要的地位。同时它也是量大面广的高耗能设备。2004年11月25日，国家发改委颁布了我国《节能中长期专项规划》，该规划将电机系统节能工程作为节能重点工程之一，指出：我国各类电动机总容量约为4.2亿kW(其中感应电动机占绝大多数)，用电量约占全国用电量的60％，但电动机拖动系统的能源利用效率比国外低10～30％，总的节能潜力约为1000亿kWh。因此，解决好电动机拖动系统节能问题具有巨大的社会效益和经济效益。目前，电动机运行的节能技术，主要有两大类：一类是轻负载时降低电动机运行电压的节能技术；另一类是保持电动机输出功率不变情况下减少输入功率，即通过优化电动机运行效率达到节能的目的。前者是一种局部优化，通常只是在轻负载时才考虑节能问题，而且电压降低的行为可能会使电动机输出转矩减少，会导致转速的变化。中国技术专利ZL03215299.X(电动机降压节能装置)和ZL03251271.6(异步电动机智能节电器)都属于这种类型，前者完全由模拟电路构成，后者则由以单片机为核心的数字电路构成。电动机运行效率优化的节能方法是一种全局优化，无论是轻载，还是满载，在电动机稳态运行(不包括起动)期间都可以获得一种效率最佳的状态。采样该方法的现有控制装置，一般通过离线计算，设置若干个优化点，在运行过程中进行选择，不能实现在线的实时优化，而且由于实际运行过程中电动机系统参数变化以及受不同的扰动，离线的计算结果可能不再是优化结果。
技术实现思路
为了克服如
技术介绍
所述的现有的电动机节能控制装置存在的不足，本技术提供一种三相感应电动机在线效率优化控制系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：由数字信号处理器系统、传感器、整流器、逆变器和液晶显示系统构成。以数字信号处理器为控制中心，通过滤波整形放大电路与各传感器连接，通过光电隔离驱动电路与逆变器连接，通过液晶显示控制驱动电路与液晶显示器连接。传感器检测电流、电压和电动机转速信号，送入数字信号处理器中，经过数字信号处理、输入功率计算以及效率优化算法后，发出控制命令，控制逆变器，在保持输出功率不变前提下调节输入功率。整流器将三相交流电变为直流电，逆变器又将直流电变为交流电，安装在两者之间的传感器检测直流电流和直流电压，用这两个测量值计算电动机输入功率。效率优化算法的原理是：(1)通过检测到的电动机转速信号，判断电动机是否处于稳态运行，若是则进行下一步的工作，否则说明电动机处于调速的过渡过程，不进行优化计算；(2)根据三相对称电流之和为零的原理，用检测到的两相电动机电流计算出所剩的一相电流，进行d-q轴转换，获得d轴和q轴电流；(3)连续改变d轴电流，计算输入功率大小，判断输入功率变化方向，使d轴电流向着输入功率减少的方向变化，直至输入功率不再变小，这时电动机达到效率最优化的状态；(4)对q轴电流进行补偿，即在改变d轴电流的同时，也需要对q轴电流进行相应调整，使电动机转矩保持不变，转速也维持不变，确保电动机的输出功率不变；(5)数字信号处理器根据这些电流的变化大小获得相应的PWM(脉宽调制)控-->制信号，控制逆变器，改变电动机的端电压，对电动机输入功率进行调节。本效率优化控制系统通过CAN总线(控制器局域网)与其它系统连接和通讯。该局域网是一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本低的远程网络通讯控制方式，数据传输距离可达10km，其传输的物理介质可采用低成本的双绞线，CAN总线上可以挂接多个CAN节点，且各个CAN节点的接入或拆除不影响其它节点的工作，这样可实现低成本的远程数据传输。本技术的有益效果是：(1)系统实现电动机全局在线效率优化，即无论负载大小如何，都可将电动机控制在效率最佳的运行状态，获得最大的运行节能效果。(2)系统以数字信号处理器为核心，该处理器运行速度快，包含的外围部件多，系统性能得到保证，且总体成本低；(3)采用低成本的控制器局域网实现远程数据传输，可靠性高，成本低；(4)若电动机的转速调节采用矢量控制方式，则硬件上效率优化控制系统与转速控制系统可合二为一。附图说明图1为本技术的结构原理框图。图2为效率优化原理图。图3为控制系统程序流程图。图1中，1.数字信号处理器，2.CAN总线收发电路，3.液晶显示控制驱动电路，4.液晶显示器，5.开关电源，6.滤波整形放大电路，7.滤波整形放大电路，8.光电隔离驱动电路，9.滤波整形放大电路，10.滤波整形放大电路，11.滤波整形放大电路，12.直流电流变送器，13.直流电压变送器，14.霍尔电流传感器，15.霍尔电流传感器，16.增量式光电编码器，17.逆变器，18.整流器。图中的IM表示三相感应电动机。图2中，“使能”表示当期望的转速值与电动机实际运行转速值之差的绝对值小于一个足够小的数时，即电动机进入稳态运行时，“效率优化中心”和“转矩补偿”模块才有效。该图是用软件实现的。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1中，数字信号处理系统由数字信号处理器(1)、CAN总线收发电路(2)、滤波整形放大电路(6，7，9，10，11)、光电隔离驱动电路(8)构成，它们安装在一块印刷电路板上。传感器包括直流电流变送器(12)、直流电压变送器(13)、霍尔电流传感器(14，15)、增量式光电编码器(16)。液晶显示系统由液晶显示控制驱动电路(3)和液晶显示器(4)构成。本实施例中，数字信号处理器(1)选用TMS320F2812，它是一款高性能、高集成度的新型电机控制用的数字信号处理器，例如其内部包含有16通道的12位A/D转换器、正交编码电路、PWM电路、CAN总线控制器等。直流电流变送器(12)、直流电压变送器(13)分别安装在整流器(18)和逆变器(17)之间，通过滤波整形放大电路(6，7)接入到数字信号处理器(1)内部的A/D转换器的2个通道，测量三相交流电经整流器(18)整流后的直流电流和直流电压，用于计算电动机输入功率；霍尔电流传感器(14，15)则分别安装在电动机端两相线路上，同样地通过滤波整形放大电路(9，10)接入到数字信号处理器(1)内部的A/D转换器的2个通道，测量电动机两相输入交流电流，通过计算获得第三相电流，进而可进行d-q轴转换，获得d轴和q轴的电流；增量式光电编码器(16)安装在电动机轴上，通过滤波整形放大电路(11)接入到数字信号处理器(1)内部的正交编码电路上，测量电动机的转速。数-->字信号处理器(1)将所述测量信号送入到效率优化计算程序，获得控制命令，即相应的PWM脉冲，经其内部的PWM电路，通过光电隔离驱动电路(8)驱动逆变器(17)的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，改变逆变器(17)的输出，达到调节电动机输入功率的目的。下面结合图1至图3说明本技术的工作过程：1、初始化。在系统上电后，从电机调速控制系统中获得期望的电动机转速rs。2、检测电动机稳态运行状态。检测电动机的运行转速r，若期望的转速rs与运行转速r之差的绝对值小于一个给定的足够小常数，说明电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相感应电动机效率优化控制系统，其特征在于：由数字信号处理器系统、传感器、整流器、逆变器和液晶显示系统构成，包括：数字信号处理器（１）、ＣＡＮ总线收发电路（２）、液晶显示控制驱动电路（３）、液晶显示器（４）、开关电源（５）、滤波整形放大电路（６，７，９，１０，１１）、光电隔离驱动电路（８）、直流电流变送器（１２）、直流电压变送器（１３）、霍尔电流传感器（１４，１５）、增量式光电编码器（１６）、逆变器（１７）、整流器（１８），数字信号处理器（１）通过滤波整形放大电路（６，７，９，１０，１１）与各传感器连接，通过光电隔离驱动电路（８）与逆变器（１７）连接，通过液晶显示控制驱动电路（３）与液晶显示器（４）连接。

【技术特征摘要】
1、一种三相感应电动机效率优化控制系统，其特征在于：由数字信号处理器系统、传感器、整流器、逆变器和液晶显示系统构成，包括：数字信号处理器(1)、CAN总线收发电路(2)、液晶显示控制驱动电路(3)、液晶显示器(4)、开关电源(5)、滤波整形放大电路(6，7，9，10，11)、光电隔离驱动电路(8)、直流电流变送器(12)、直流电压变送器(13)、霍尔电流传感器(14，15)、增量式光电编码器(16)、逆变器(17)、整流器(18)，数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文广，蓝红莉，陈文辉，杨叙，
申请(专利权)人：广西工学院，
类型：实用新型
国别省市：45[]