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改进效率控制推进电机的优化分析

蔡清男 朱志宇

蔡清男, 朱志宇. 改进效率控制推进电机的优化分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(6): 120-126, 140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.018
引用本文: 蔡清男, 朱志宇. 改进效率控制推进电机的优化分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(6): 120-126, 140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.018
Qingnan CAI, Zhiyu ZHU. Optimization analysis of propulsion motor control efficiency[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(6): 120-126, 140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.018
Citation: Qingnan CAI, Zhiyu ZHU. Optimization analysis of propulsion motor control efficiency[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(6): 120-126, 140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.018

改进效率控制推进电机的优化分析

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.018
详细信息
    作者简介:

    蔡清男, 男, 1992年生, 硕士生。研究方向:船舶电力系统。E-mail:15068741241@163.com

    通讯作者:

    朱志宇(通信作者), 男, 1971年生, 教授。研究方向:电力系统自动化, 智能控制, 信号与信息处理, 电磁兼容等。E-mail:160782704@qq.com

  • 中图分类号: U664.14;TP272

Optimization analysis of propulsion motor control efficiency

  • 摘要:   目的  为了加强对推进电机的控制效果,在实际控制过程中减少能量的损耗,  方法  在传统的推进电机等值电路上,增加铁损电流分量,通过定义引入功率匹配比,寻找电机在给定转速下最高的运行效率,并探讨此功率匹配比对应的磁通;在原有的电机矢量控制中加入效率优化控制模块,以起到电机效率优化、船舶运行节能的效果。  结果  MATLAB/Simulink仿真测试结果显示,加入效率优化控制模块的方法基本适用于各种工况,改进后的电机模型的运行效率明显高于传统电机模型,并且动态性能良好。  结论  工程上可以借鉴该电机效率优化控制方法,以达到节能的效果。
  • 图  1  传统电机等值电路图

    Figure  1.  Traditional motor equivalent circuit diagram

    图  2  改进电机等值电路图

    Figure  2.  The improved motor equivalent circuit diagram

    图  3  考虑铁损与未考虑铁损电机模型仿真结果

    Figure  3.  The simulation results of motor model with/without considering the iron loss

    图  4  一定转速下功率匹配比与运行效率的关系

    Figure  4.  The relationship between power matching ratio and efficiency under a certain speed

    图  5  不同转速下磁通随负载转矩的变化趋势

    Figure  5.  The change trend of magnetic flux with load torque under different speed

    图  6  优化控制适用区域

    Figure  6.  The applicable area under optimization control

    图  7  效率优化模块

    Figure  7.  Efficiency optimization module

    图  8  不同转速下效率优化对比结果

    Figure  8.  The efficiency optimization comparison results under different speed

    图  9  传统矢量控制与效率优化控制动态响应对比结果

    Figure  9.  Dynamic response results comparison between traditional vector control and efficiency optimization control

    图  10  传统矢量控制与效率最优控制转矩对比结果

    Figure  10.  Torque results comparison between traditional vector control and efficiency optimization control

    表  1  不同转速对应的功率匹配比

    Table  1.   Power matching ratio under different speed

    n/(r·min-1 λ
    50 0.791 7
    100 0.817 5
    150 0.846 9
    200 0.878 4
    250 0.911 2
    300 0.944 8
    350 0.978 9
    400 1.013 4
    450 1.047 4
    500 1.082 5
    550 1.117 1
    600 1.151 5
    650 1.185 8
    700 1.219 8
    750 1.253 7
    800 1.291 7
    850 1.326 3
    900 1.361 2
    950 1.395 5
    1 000 1.429 7
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    表  2  电机参数

    Table  2.   The parameters of the motor

    参数 数值
    额定功率Pe/kW 180
    额定转速ne/(r·min-1 1 000
    额定线电压(Y型)Ue/V 690
    额定线电流(Y型)Ie/A 198
    转动惯量J/(kg·m2 7.3
    等效磁化电抗Xm 4.220 7
    等效定子漏电抗Xs 0.175 6
    等效转子漏电抗Xr 0.381 3
    等效定子电阻Rs 0.038 4
    等效转子电阻Rr 0.030 3
    阻尼常数d 0.001
    极数p 6(3对)
    同步频率fe/Hz 50
    电抗基频fb/Hz 50
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    表  3  传统矢量控制下推进电机运行效率

    Table  3.   Propulsion motor running efficiency under traditional vector control

    T/(N·m) 效率η/%
    100 r/min 300 r/min 500 r/min 700 r/min 740 r/min
    200 8.70 15.51 19.88 26.25 27.37
    400 15.28 27.46 35.52 41.11 43.87
    600 19.88 36.32 47.35 55.21 56.63
    800 22.96 42.42 55.42 65.04 65.74
    1 000 25.01 46.56 60.95 71.82 72.53
    1 200 26.34 49.46 65.15 76.63 77.12
    1 400 27.21 51.51 67.64 80.02 80.65
    1 600 27.75 52.99 69.74 82.55 84.87
    1 800 28.09 54.08 71.35 84.04 85.63
    2 000 28.31 54.91 72.61 85.18 87.66
    2 200 28.38 55.57 73.63 86.07 87.33
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    表  4  效率优化控制下推进电机运行效率

    Table  4.   Propulsion motor running efficiency under efficiency optimization control

    T/(N·m) 效率η/%
    100 r/min 300 r/min 500 r/min 700 r/min 740 r/min
    200 17.16 29.13 41.72 48.42 49.57
    400 20.85 38.05 49.96 58.21 59.51
    600 22.91 42.09 55.45 64.41 66.03
    800 24.67 45.23 59.73 69.29 71.18
    1 000 25.28 47.93 63.21 73.42 75.44
    1 200 26.37 49.92 66.22 77.02 79.09
    1 400 27.72 51.77 68.86 80.09 82.23
    1 600 29.09 53.46 71.13 83.03 84.87
    1 800 29.79 55.08 73.37 85.37 86.37
    2 000 31.39 56.41 75.41 86.95 87.17
    2 200 31.92 57.71 77.24 86.92 87.92
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-25
  • 网络出版日期:  2017-11-28
  • 刊出日期:  2017-12-08

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