摘要：市政網(wǎng)管疊壓供水系統(tǒng)中普遍存在水泵機(jī)組運(yùn)行效率較低的問題，傳統(tǒng)的做法是采用恒壓頻比控制來提高電機(jī)運(yùn)行效率，系統(tǒng)仍存在很大的節(jié)能空間。該文根據(jù)水泵的數(shù)學(xué)模型，分析了水泵的負(fù)載特性，結(jié)果表明轉(zhuǎn)速降低時(shí)其負(fù)載特性低于理論的二次方轉(zhuǎn)矩負(fù)載；在考慮鐵耗的異步電機(jī)等效模型基礎(chǔ)上，研究了異步電機(jī)最小損耗的控制策略，獲得了****運(yùn)行磁通的控制方法，通過采用改進(jìn)的矢量控制策略補(bǔ)償丁鐵耗引起的磁場(chǎng)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(jī)靜態(tài)特性的同時(shí)，顯著降低電機(jī)磁通、減小電機(jī)損耗，進(jìn)而提高供水系統(tǒng)運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：疊壓供水；異步電機(jī)；鐵耗；矢量控制；效率優(yōu)化

中圖分類號(hào)：tm343; tm301.4    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a    文章編號(hào)：1001-6848(2010)06-0024-04

  異步電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)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(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的運(yùn)行效率將大大緩解我國的用電緊張情況。而在世界范圍內(nèi)，根據(jù)美國水力學(xué)研究所統(tǒng)計(jì)，在發(fā)展中國家百分之20的能源消耗在各種泵類設(shè)備。

  管網(wǎng)疊壓供水是一種新型城市建筑供水方式，異步電機(jī)變頻調(diào)速后拖動(dòng)水泵直接從城市管網(wǎng)中抽取水，管網(wǎng)壓力與水泵水壓疊加，保證出水口壓力一匣定與傳統(tǒng)二次加壓相比，管網(wǎng)疊壓供水無需安裝儲(chǔ)水池，避免了水質(zhì)的二次污染，更重要的是，充分利用了市政管網(wǎng)的余壓，提高了系統(tǒng)效率。然而，目前疊壓供水系統(tǒng)主要著眼于水泵效率及管網(wǎng)特性的研究，水泵機(jī)組往往是按照****負(fù)荷來選取的，系統(tǒng)仍存在很大的節(jié)能空間。

  本文在考慮鐵耗等效電阻的異步電機(jī)模型基礎(chǔ)上，研究了異步電機(jī)最小損耗的控制策略，獲得了****磁通的控制方法，在此基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)的矢量控制策略建立了疊壓供水系統(tǒng)的仿真模型。結(jié)果表明，本文提出的方法在提高電機(jī)運(yùn)行效率方而有較好的表現(xiàn)，將此控制策略應(yīng)用于其它異步電機(jī)傳動(dòng)領(lǐng)域，有助于提高其電機(jī)整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的運(yùn)行  鐵耗的異步電機(jī)動(dòng)態(tài)等效電路效率。

    管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)中水泵的運(yùn)行揚(yáng)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(yùn)行揚(yáng)程h為：

  

式中，hm為市政管網(wǎng)的末端水壓，hm為水泵出口水壓，顯然鞏為供水系統(tǒng)節(jié)省的水泵揚(yáng)程。

  水泵的數(shù)學(xué)模型為：

式中，h、n、q為水泵的揚(yáng)程、軸功率和流量；tl、n為水泵所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；k=n1/n0。為水泵的調(diào)速比；ao-2，ao-1為系數(shù)。

    根據(jù)式(2)~式(4)計(jì)算，某恒壓供水系統(tǒng)中水泵的負(fù)載特性如圖1所示。

   

    從圖1中可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的降低，供水系統(tǒng)中水泵的負(fù)載特性顯著低于一般認(rèn)為的二次方負(fù)載特性。此時(shí)異步電機(jī)運(yùn)行于更輕的負(fù)載下，若采用t頻或恒壓頻比變頻控制，電機(jī)都將更多地偏離額定工作點(diǎn)，運(yùn)行效率將進(jìn)一步下降。

    異步電機(jī)的損耗一般是由定轉(zhuǎn)子的銅耗，定轉(zhuǎn)子的鐵耗以及機(jī)械損耗籌構(gòu)成，一般機(jī)械損耗等所占比重較小，轉(zhuǎn)子鐵耗也比較小。因此，異步電機(jī)的效率優(yōu)化控制主要是針對(duì)于定轉(zhuǎn)子的銅耗與定子鐵耗。另外，由于電機(jī)的漏感相對(duì)于互感較小，在能耗分析中往往也忽略。

    為了更準(zhǔn)確的研究異步電機(jī)的損耗及提高電機(jī)的控制性能，在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下，建立考慮。