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摘要：
为提高感应电动机的运行效率，提出一种快速响应且节能的控制方法.基于矢量控制原理，建立一种带转矩控制和磁链调节器的感应电动机最佳磁链节能控制策略.首先，建立考虑铁损的感应电动机数学模型；然后，根据数值分析方法求得系统最高效率时的最佳磁链的表达式；最后，利用MATLAB搭建节能控制系统的仿真模型.仿真结果表明，这种控制策略不仅可以改善节能效果，而且能够改善感应电动机的动态性能，这种控制方式是正确和可行的.
关键词：
快速响应； 节能控制； 感应电动机； 转矩控制； 最佳磁链
中图分类号： TM346
文献标志码： A
Energysaving control of induction motor considering core loss
WEI Biao1， WANG Bulai2， WEI Ming3， QIAN Depeng1，
WU Yingjun1， JI Shanshan1
（1. Logistics Engineering College， Shanghai Maritime Univ.， Shanghai 201306， China；
2. College of Electrical and Electronic Engineering， Shanghai Institute of Technology， Shanghai 201400， China；
3. Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co.， Ltd.， Shanghai 200125， China）
Abstract：
In order to improve the running efficiency of induction motors， a fast response and energysaving control method is proposed. Based on the vectorcontrol theory， an energysaving control strategy of the optimal flux of induction motors with torque control and flux regulators is built. At first， a mathematical model of induction motors considering core loss is established. Then， the expression of the optimal flux that is obtained when the system is at the highest efficiency is obtained according to the numerical analysis method. Finally， the simulation model of the energysaving control system is built by MATLAB. The simulation results show that the control strategy can not only improve the energysaving effect， but also improve the dynamic performance of induction motors. Thus， the control method is correct and feasible.
Key words：
fast response； energysaving control； induction motor； torque control； optimal flux
收稿日期： 20141016
修回日期： 20141124
作者简介：
魏彪（1988—），男，安徽滁州人，硕士研究生，研究方向为船舶与港口电气控制技术与系统，（Email）[email protected]；
王步来（1966—），男，江苏淮安人，教授，硕导，博士，研究方向为电机及其系统，（Email）[email protected]
0引言
感应电动机作为主要的用电设备，用电量占世界工业用电量的60%左右.通常感应电动机处于低速或轻载运行状况下，传统矢量控制使得感应电动机在这种状况下效率不高，电能被大量浪费.文献[13]从电动机损耗的角度研究铁损对感应电动机效率的影响.文献[4]将空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation， SVPWM）控制算法应用在变频空调中.文献[5]研究转子磁链控制对感应电动机效率的影响.文献[611]研究最高效率控制方法.文献[1213]研究具有高性能调速和转矩响应快的感应电动机节能控制方法.为既保证节能又能使感应电动机快速响应，本文考虑铁损的影响，建立带转矩控制和磁链调节器的感应电动机最佳磁链节能控制策略.
参考文献：
[1]莫红苹， 钟彦儒. 基于铜损等于铁损的异步电动机最佳效率控制[J]. 西安理工大学学报， 2002， 18（2）： 167170.
[2]陈鹏麒. 基于铁损模型的感应电机最大效率矢量控制系统研究[D]. 天津： 天津大学， 2010.
[3]陈雪琴， 王步来， 高响， 等. 考虑铁损时感应电机节能控制[J]. 通信电源技术， 2014， 31（4）： 1214. [4]朱福成. 空间矢量SVPWM控制算法在变频空调中的应用[J]. 兵工自动化， 2011， 30（3）： 6468.
[5]OUAD H， GIRI F， EFADILI A， et al. Induction machine speed control with flux optimization[J]. Control Eng Practice， 2010（18）： 5566.
[6]RADWAN H A，HAMID A M，AMIN R S，et al. A new technique for maximum efficiency of induction motors based on particle swarm optmization[J]. IEEE Trans Industry Applications， 2013， 33（2）： 248258.
[7]ZAHED B， VAEZ S. Efficiency optimization control of singlephase induction motor drives[J]. IEEE Trans Energy Conversion， 2009， 24（4）： 10621071.
[8]MADRIGAL M， BHATIA M， ELIZONDO G， et al. Twin peaks： surmounting the global challenges of energy for all and greener， more efficient electricity services[J]. IEEE Power & Energy Mag， 2012， 10（3）： 2129.
[9]CHANDAN C， YOICHI H. Fast efficiency optimization techniques for the indirect vector controlled induction motor drive[J]. IEEE Trans Industry Applications， 2003， 34（8）： 10701076.
[10]KOUKI M， SHOTARO T， TATSUYA Y， et al. A speedsensorless vector control of induction motor operating at high efficiency taking core loss into account[J]. IEEE Trans Industry Applications， 2001， 37（2）： 548558.
[11]HUYNH D C， DUNNIGAN M W， FINNEY S J， et al. Energy efficient control of an induction machine using a chaos particle swarm optimization algorithm[C]//IEEE Conf Power & Energy， 2010. DOI：10.1109/PECON.2010.5697625.
[12]林立， 梁岗. 基于Simulink的交流变频调速系统建模与仿真[J]. 上海海事大学学报， 2007， 28（3）： 3337.
[13]WU Jiajia， GAO Dawei， ZHAO Xin， et al. An efficiency optimization strategy of induction motors for electric vehicles[C]// Vehicle Power and Propulsion IEEE Conf， 2008. DOI： 10.1109/VPPC.2008.4677436.
[14]吴珍. 感应电动机矢量控制系统节能控制的研究[D]. 上海： 上海海事大学， 2012.
（编辑贾裙平）
基于Simulink仿真平台搭建仿真模型，见图3.
为提高感应电动机的运行效率，提出一种快速响应且节能的控制方法.基于矢量控制原理，建立一种带转矩控制和磁链调节器的感应电动机最佳磁链节能控制策略.首先，建立考虑铁损的感应电动机数学模型；然后，根据数值分析方法求得系统最高效率时的最佳磁链的表达式；最后，利用MATLAB搭建节能控制系统的仿真模型.仿真结果表明，这种控制策略不仅可以改善节能效果，而且能够改善感应电动机的动态性能，这种控制方式是正确和可行的.
关键词：
快速响应； 节能控制； 感应电动机； 转矩控制； 最佳磁链
中图分类号： TM346
文献标志码： A
Energysaving control of induction motor considering core loss
WEI Biao1， WANG Bulai2， WEI Ming3， QIAN Depeng1，
WU Yingjun1， JI Shanshan1
（1. Logistics Engineering College， Shanghai Maritime Univ.， Shanghai 201306， China；
2. College of Electrical and Electronic Engineering， Shanghai Institute of Technology， Shanghai 201400， China；
3. Shanghai Zhenhua Heavy Industries Co.， Ltd.， Shanghai 200125， China）
Abstract：
In order to improve the running efficiency of induction motors， a fast response and energysaving control method is proposed. Based on the vectorcontrol theory， an energysaving control strategy of the optimal flux of induction motors with torque control and flux regulators is built. At first， a mathematical model of induction motors considering core loss is established. Then， the expression of the optimal flux that is obtained when the system is at the highest efficiency is obtained according to the numerical analysis method. Finally， the simulation model of the energysaving control system is built by MATLAB. The simulation results show that the control strategy can not only improve the energysaving effect， but also improve the dynamic performance of induction motors. Thus， the control method is correct and feasible.
Key words：
fast response； energysaving control； induction motor； torque control； optimal flux
收稿日期： 20141016
修回日期： 20141124
作者简介：
魏彪（1988—），男，安徽滁州人，硕士研究生，研究方向为船舶与港口电气控制技术与系统，（Email）[email protected]；
王步来（1966—），男，江苏淮安人，教授，硕导，博士，研究方向为电机及其系统，（Email）[email protected]
0引言
感应电动机作为主要的用电设备，用电量占世界工业用电量的60%左右.通常感应电动机处于低速或轻载运行状况下，传统矢量控制使得感应电动机在这种状况下效率不高，电能被大量浪费.文献[13]从电动机损耗的角度研究铁损对感应电动机效率的影响.文献[4]将空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation， SVPWM）控制算法应用在变频空调中.文献[5]研究转子磁链控制对感应电动机效率的影响.文献[611]研究最高效率控制方法.文献[1213]研究具有高性能调速和转矩响应快的感应电动机节能控制方法.为既保证节能又能使感应电动机快速响应，本文考虑铁损的影响，建立带转矩控制和磁链调节器的感应电动机最佳磁链节能控制策略.
参考文献：
[1]莫红苹， 钟彦儒. 基于铜损等于铁损的异步电动机最佳效率控制[J]. 西安理工大学学报， 2002， 18（2）： 167170.
[2]陈鹏麒. 基于铁损模型的感应电机最大效率矢量控制系统研究[D]. 天津： 天津大学， 2010.
[3]陈雪琴， 王步来， 高响， 等. 考虑铁损时感应电机节能控制[J]. 通信电源技术， 2014， 31（4）： 1214. [4]朱福成. 空间矢量SVPWM控制算法在变频空调中的应用[J]. 兵工自动化， 2011， 30（3）： 6468.
[5]OUAD H， GIRI F， EFADILI A， et al. Induction machine speed control with flux optimization[J]. Control Eng Practice， 2010（18）： 5566.
[6]RADWAN H A，HAMID A M，AMIN R S，et al. A new technique for maximum efficiency of induction motors based on particle swarm optmization[J]. IEEE Trans Industry Applications， 2013， 33（2）： 248258.
[7]ZAHED B， VAEZ S. Efficiency optimization control of singlephase induction motor drives[J]. IEEE Trans Energy Conversion， 2009， 24（4）： 10621071.
[8]MADRIGAL M， BHATIA M， ELIZONDO G， et al. Twin peaks： surmounting the global challenges of energy for all and greener， more efficient electricity services[J]. IEEE Power & Energy Mag， 2012， 10（3）： 2129.
[9]CHANDAN C， YOICHI H. Fast efficiency optimization techniques for the indirect vector controlled induction motor drive[J]. IEEE Trans Industry Applications， 2003， 34（8）： 10701076.
[10]KOUKI M， SHOTARO T， TATSUYA Y， et al. A speedsensorless vector control of induction motor operating at high efficiency taking core loss into account[J]. IEEE Trans Industry Applications， 2001， 37（2）： 548558.
[11]HUYNH D C， DUNNIGAN M W， FINNEY S J， et al. Energy efficient control of an induction machine using a chaos particle swarm optimization algorithm[C]//IEEE Conf Power & Energy， 2010. DOI：10.1109/PECON.2010.5697625.
[12]林立， 梁岗. 基于Simulink的交流变频调速系统建模与仿真[J]. 上海海事大学学报， 2007， 28（3）： 3337.
[13]WU Jiajia， GAO Dawei， ZHAO Xin， et al. An efficiency optimization strategy of induction motors for electric vehicles[C]// Vehicle Power and Propulsion IEEE Conf， 2008. DOI： 10.1109/VPPC.2008.4677436.
[14]吴珍. 感应电动机矢量控制系统节能控制的研究[D]. 上海： 上海海事大学， 2012.
（编辑贾裙平）
基于Simulink仿真平台搭建仿真模型，见图3.