CN104701860A - 异步电动机一种并联型无功调压优化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，采用DSTATCOM[2]与电机[4]并联，再与电抗器[1]串联接入电源的方式。通过并联的DSTATCOM[2]和电抗器[1]进行配合实现电机机端电压的无功调节。该优化装置可以实现异步电动机软启动、无功补偿、供电电压稳定、变工况最优运行等多目标优化控制。采用并联型的DSTATCOM[2]调压可实现故障旁路，减少设备故障隐患，提高设备工作可靠性，降低设备维护成本，延长设备寿命。

Description

异步电动机一种并联型无功调压优化装置
所属技术领域
本发明为异步电动机一种并联型无功调压优化装置，涉及异步电动机的软启动及优化运行控制，属于电机节能领域。 
背景技术
异步电动机是目前国民生产中应用最为广泛的拖动电机，其总负荷超过总用电量的50％。变工况条件下异步电机是一种动态负荷，它在工作过程中存在直接并网启动电流过大(一般可以达到电机额定电流的6倍以上)的问题，而过大的启动电流是造成电网电压闪变的主要原因，直接影响电网系统中其它用电设备的正常运行。直接并网运行的异步电机需要从电网吸取大量无功功率，增加了线路损耗。当电网电压产生异常波动时，将使异步电动机出力不足或过励磁运行，危及设备的安全。 
为了改善电机的起动性能和运行性能，目前可以采用的控制方案包括：定子绕组星角启动、串联电抗器启动、自耦变压器降压启动、晶闸管调压启动及运行、变频器变频变压启动及运行等。在这些控制方案中控制装置与电机的连接都是基于串联控制结构，当控制器故障时，系统将不能正常工作；其中前三种控制结构仅用于启动过程，不能用于运行控制，并且采用的是带有机械触点的开关，影响设备整体可靠性。晶闸管调压装置的输出电压谐波含量过高，增加了电机谐波损耗和发热，降低电机的运行效率和绝缘等级。使用变频器可以克服上述诸多缺点，但要求变流器的容量不低于电机容量，设备成本过高，目前大规模推广应用受经济条件制约。另外采用变频器的电机系统一般由变频器直接给电机供电，变频器的高频谐波除了增加电机高频损耗，还会降低电机的绝缘等级，以及产生可危及电机正常运行的高频轴电流刻蚀故障。 
发明内容
为克服直接并网运行的异步电动机存在启动电流过大、供电线路无功损耗、不能在线进行优化运行等弊端，发明一种并联无功调压多目标优化控制装置。 
提供一种并联型的电机节能优化装置，采用DSTATCOM[2]与电机[4]并联，再与电抗器[1]串联接入电源的方式。 
本发明中所述的DSTATCOM[2]采用高频PWM调制及IGBT开关器件，电抗器采用三相工频电抗器[1]。 
本发明还提供一种并联无功调压多目标优化控制方法，包括： 
(a)根据异步电机在不同负荷工况条件下的运行情况调节电机输入电压，得到与电机负载精确匹配的运行优化方案。通过控制并联的DSTATCOM[2]实现无功电流的流动引起电抗器[1]上电流变化，这种电流变化造成电抗器[1]电压变化，进而改变电机[4]机端电压。 
(b)在电机启动时，通过电抗器[1]分压和DSTATCOM[2]分流控制，降低电机定子电压和定子电流，实现软启动控制。 
(c)在电机稳定运行时，电机额定带载运行情况下，完全由DSTATCOM[2]输出电机所需的无功励磁电流，使得电机系统不从电网获取无功电流，实现电机系统单位功率因数运行，降低网损。 
(d)电机系统的总功率可以分为：线路无功损耗功率、电机内部损耗功率和输出功率，通过电流和电压传感器测得电机电压和电流，计算出线路无功损耗功率、电机内部损耗功率，通过对外部参量(如温度、流量)进行采样算出电机输出功率，通过在线粒子群寻优法计算总功率最小时最优电压曲线，根据最优电压进行分段调压，在转速在100％-50％区段时进行调速节能，低于50％时优化电机内部损耗进行节能。 
(e)当电网电压不稳定时，可以通过DSTATCOM[2]对机端电压进行无功稳压，保证电机和设备的正常运行。 
本发明采用一种并联型的调压优化方式，具有以下优点： 
(1)变流器容量相当于电机的无功容量(为电机容量的20～40％)，造价低； 
(2)采用DSTATCOM[2]可以精确实现电机的就地无功补偿，使电机系统单位功率因素运行； 
(3)调压综合优化控制，实现电机系统调速节能和损耗最小等多目标优化节能设计； 
(4)DSTATCOM[2]与电机[4]并联，可靠性极高，变流器故障可旁路，不影响电机的正常工作运行，在实现节能运行的同时，大大提高设备的使用效能； 
(5)采用IGBT开关器件，可以实现完美无谐波供电拖动设计，可完全消除谐波引起的电机谐波损耗、绝缘性能恶化、转子轴系高频扭振、轴电流等引起的设备故障隐患，提高设备工作可靠性，降低设备维护成本，延长设备寿命。 
(6)通过在线粒子群寻优法计算总功率最小时最优电压曲线，进行电机在线优化运行，使电机运行在输入功率最小的状态。 
(7)在电网电压不稳定时通过DSTATCOM[2]无功稳压作用实现电机和设备的正常运行。 
附图说明
图1异步电动机一种并联型无功调压优化装置整体原理框图 
图中：1、串联电抗器，2、DSTATCOM，3、直流侧电容，4、异步电动机5、电子控制装置6、电感。 

Claims (8)

1.一种异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，该装置由工频电抗器[1]，DSTATCOM[2]，直流侧电容[3]，异步电动机[4]，电子控制装置[5]，电感[6]等构成。其特征在于采用DSTATCOM[2]与电机[4]并联，再与电抗器[1]串联接入电源的方式。 
2.根据权利要求1所述的异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，其特征在于该采用并联型的DSTATCOM[2]结构，通过控制DSTATCOM[2]来进行电机机端电压的调节。 
3.根据权利要求1所述的异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，其特征在于通过电抗器[1]分压和DSTATCOM[2]分流控制，降低电机定子电压和定子电流，实现软启动控制。 
4.根据权利要求1所述的异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，其特征在于DSTATCOM[2]可以精确实现电机的就地无功补偿。 
5.根据权利要求1所述的异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，其特征在于在变工况下通过在线粒子群寻优法计算总功率最小时的最优电压曲线，根据最优电压进行调压，使电机运行在输入功率最小的状态。 
6.根据权利要求1所述的异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，其特征在于当电网电压不稳定时通过DSTATCOM[2]无功稳压作用实现电机和设备的正常运行。 
7.根据权利要求2所述的异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，其特征在于采用IGBT开关器件构成的DSTATCOM[2]进行并联调压，可以实现电压完美无谐波。 
8.根据权利要求1所述的异步电动机并联无功调压多目标优化控制装置，其特征在于使用电子控制装置[5]作为控制器，产生PWM波驱动IGBT开关器件。 
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