[发明专利]高功率因数感应电动机直接功率控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及高功率因数感应电动机直接功率控制系统，属电力电子与电力传动领域，用于实现三相感应电动机在轻载或空载工况下的节能控制。

背景技术

随着科学技术的发展和生产水平的提高，对电能的需求量也越来越大。从世界各国总的用电情况看，电动机消耗的电能约占发电总量的60％～70％。在目前世界能源紧缺，电能供应不足的情况下，深入研究电动机的节能问题具有重要的现实意义。

三相感应电动机是工业中广泛使用的一类交流电动机，当三相感应电动机在轻载或空载工况下运行时，其功率因数仅能达到0.1-0.3，电机系统能耗较大。因此，提高三相感应电动机在轻载或空载工况下的功率因数，实现三相感应电动机的节能运行是需要重点突破的关键技术之一。

三相感应电动机在不同负荷下，其运行效率是不一样的。三相感应电动机一般都设计在接近满负荷时，其运行效率为最高。而实际上，电动机往往在很大一部分时间内是在轻载，甚至是在空载下运行的。这就造成了很大的能量浪费。

三相感应电动机节能目前通常采用以下两种方法：其一是设计高效电动机，但这种电动机在轻载时的效率仍然不理想；其二是采用交流调压的方法，即根据电动机的负载变化，自动调节电动机的绕组两端电压，以减小输入功率，提高电动机的运行效率，但该方法的三相逆变器需要采用晶闸管斩控电路，谐波含量高、振动噪声大，严重影响电机寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服了现有三相感应电动机交流调压节能控制方法由于采用了可控硅交流调压，当导通角较小时，电流波形出现断续，功率因数难以检测，并且避免了电网三相严重不平衡时影响调压节能变频器安全运行的问题，提供一种三相感应电动机直接功率控制系统，大大提高了三相感应电动机轻载或空载工况下的运行效率。

本发明的技术解决方案：高功率因数感应电动机直接功率控制系统，其特征在于包括：数字信号处理器TMS320F2808为核心的控制器1、三相桥功率放大器2、三相桥驱动电路3、三相感应电动机4、三相二极管整流器5、功率因数检测环节6、电流检测环节7、编码器转速检测环节8、+24V开关电源9、+15V开关电源10、±12V开关电源11、+5V开关电源12，功率因数检测环节6、电流检测环节7和编码器转速检测环节8的输出连接到数字信号处理器TMS320F2808为核心的控制器1，数字信号处理器TMS320F2808为核心的控制器1输出的6路PWM信号连接到三相桥驱动电路3，三相桥驱动电路3接三相桥功率放大器2，电网输入的三相动力电经过三相二极管整流器5连接到三相桥功率放大器2，三相桥功率放大器2的输出接三相感应电动机4，+5V开关电源12经电平转换后接数字信号处理器TMS320F2808为核心的控制器1，±12V开关电源11接功率因数检测环节6和电流检测环节7，三相桥驱动电路3由+15V开关电源10供电，当三相感应电动机4在额定负载的10％～60％工况下运行时，为了使电机工作电流最小，并提高功率因数，采用双路并行控制器结构，其中一路为转速外环、有功功率内环控制器，通过调节负载角控制有功功率，达到控制电磁转矩的目的；另一路是无功功率控制器，将无功功率等于零作为无功功率控制器给定，改变定子磁链幅值来调节无功功率，在不影响有功功率的情况下调整无功功率使之趋于零，实现节能控制，转速外环控制算法、有功功率内环控制算法和无功功率控制算法在数字信号处理器TMS320F2808为核心的控制器1中实现。