管網疊壓供水系統異步電機最小損耗控制研究
陳鵬麒，李斌，陳煒
（天津大學電氣與自動化工程學院，天津300072）
摘要：市政網管疊壓供水系統中普遍存在水泵機組運行效率較低的問題，傳統的做法是采用恒壓頻比控制來提高電機運行效率，系統仍存在很大的節能空間。該文根據水泵的數學模型，分析了水泵的負載特性，結果表明轉速降低時其負載特性低于理論的二次方轉矩負載；在考慮鐵耗的異步電機等效模型基礎上，研究了異步電機最小損耗的控制策略，獲得了****運行磁通的控制方法，通過采用改進的矢量控制策略補償丁鐵耗引起的磁場定向誤差。仿真研究表明，與恒壓頻比控制方式相比，最小損耗控制策略可以在保持電機靜態特性的同時，顯著降低電機磁通、減小電機損耗，進而提高供水系統運行效率。
關鍵詞：疊壓供水；異步電機；鐵耗；矢量控制；效率優化
中圖分類號：tm343; tm301.4 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)06-0024-04
o引 言
異步電機以其結構簡單、堅固耐用、價格低廉等優點被廣泛應用于工農業等各領域。其用電量占到r全國用電量的百分之60以上，提高在整個調速范圍內的運行效率將大大緩解我國的用電緊張情況。而在世界范圍內，根據美國水力學研究所統計，在發展中國家百分之20的能源消耗在各種泵類設備。
管網疊壓供水是一種新型城市建筑供水方式，異步電機變頻調速后拖動水泵直接從城市管網中抽取水，管網壓力與水泵水壓疊加，保證出水口壓力一匣定與傳統二次加壓相比，管網疊壓供水無需安裝儲水池，避免了水質的二次污染，更重要的是，充分利用了市政管網的余壓，提高了系統效率。然而，目前疊壓供水系統主要著眼于水泵效率及管網特性的研究，水泵機組往往是按照****負荷來選取的，系統仍存在很大的節能空間。
本文在考慮鐵耗等效電阻的異步電機模型基礎上，研究了異步電機最小損耗的控制策略，獲得了****磁通的控制方法，在此基礎上，采用改進的矢量控制策略建立了疊壓供水系統的仿真模型。結果表明，本文提出的方法在提高電機運行效率方而有較好的表現，將此控制策略應用于其它異步電機傳動領域，有助于提高其電機整個調速范圍內的運行 鐵耗的異步電機動態等效電路效率。
1水泵的數學模型
管網疊壓供水系統中水泵的運行揚程為水泵出口水壓與人口水壓之差，因此恒壓供水方式下水泵的運行揚程h為：
式中，hm為市政管網的末端水壓，hm為水泵出口水壓，顯然鞏為供水系統節省的水泵揚程。
水泵的數學模型為：
式中，h、n、q為水泵的揚程、軸功率和流量；tl、n為水泵所需的轉矩和轉速；k=n1/n0。為水泵的調速比；ao-2，ao-1為系數。
根據式(2)~式(4)計算，某恒壓供水系統中水泵的負載特性如圖1所示。
從圖1中可以看出，隨著轉速的降低，供水系統中水泵的負載特性顯著低于一般認為的二次方負載特性。此時異步電機運行于更輕的負載下，若采用t頻或恒壓頻比變頻控制，電機都將更多地偏離額定工作點，運行效率將進一步下降。
2異步電機最小損耗控制
2.1異步電機的損耗
異步電機的損耗一般是由定轉子的銅耗，定轉子的鐵耗以及機械損耗籌構成，一般機械損耗等所占比重較小，轉子鐵耗也比較小。因此，異步電機的效率優化控制主要是針對于定轉子的銅耗與定子鐵耗。另外，由于電機的漏感相對于互感較小，在能耗分析中往往也忽略。
為了更準確的研究異步電機的損耗及提高電機的控制性能，在同步旋轉d-q坐標系下，建立考慮。
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