摘要：市政网管叠压供水系统中普遍存在水泵机组运行效率较低的问题，传统的做法是采用恒压频比控制来提高电机运行效率，系统仍存在很大的节能空间。该文根据水泵的数学模型，分析了水泵的负载特性，结果表明转速降低时其负载特性低于理论的二次方转矩负载；在考虑铁耗的异步电机等效模型基础上，研究了异步电机最小损耗的控制策略，获得了****运行磁通的控制方法，通过采用改进的矢量控制策略补偿丁铁耗引起的磁场定向误差。仿真研究表明，与恒压频比控制方式相比，最小损耗控制策略可以在保持电机静态特性的同时，显著降低电机磁通、减小电机损耗，进而提高供水系统运行效率。

关键词：叠压供水；异步电机；铁耗；矢量控制；效率优化

中图分类号：tm343; tm301.4    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)06-0024-04

  异步电机以其结构简单、坚固耐用、价格低廉等优点被广泛应用于工农业等各领域。其用电量占到r全国用电量的百分之60以上，提高在整个调速范围内的运行效率将大大缓解我国的用电紧张情况。而在世界范围内，根据美国水力学研究所统计，在发展中国家百分之20的能源消耗在各种泵类设备。

  管网叠压供水是一种新型城市建筑供水方式，异步电机变频调速后拖动水泵直接从城市管网中抽取水，管网压力与水泵水压叠加，保证出水口压力一匣定与传统二次加压相比，管网叠压供水无需安装储水池，避免了水质的二次污染，更重要的是，充分利用了市政管网的余压，提高了系统效率。然而，目前叠压供水系统主要着眼于水泵效率及管网特性的研究，水泵机组往往是按照****负荷来选取的，系统仍存在很大的节能空间。

  本文在考虑铁耗等效电阻的异步电机模型基础上，研究了异步电机最小损耗的控制策略，获得了****磁通的控制方法，在此基础上，采用改进的矢量控制策略建立了叠压供水系统的仿真模型。结果表明，本文提出的方法在提高电机运行效率方而有较好的表现，将此控制策略应用于其它异步电机传动领域，有助于提高其电机整个调速范围内的运行  铁耗的异步电机动态等效电路效率。

    管网叠压供水系统中水泵的运行扬程为水泵出口水压与人口水压之差，因此恒压供水方式下水泵的运行扬程h为：

  

式中，hm为市政管网的末端水压，hm为水泵出口水压，显然巩为供水系统节省的水泵扬程。

  水泵的数学模型为：

式中，h、n、q为水泵的扬程、轴功率和流量；tl、n为水泵所需的转矩和转速；k=n1/n0。为水泵的调速比；ao-2，ao-1为系数。

    根据式(2)~式(4)计算，某恒压供水系统中水泵的负载特性如图1所示。

   

    从图1中可以看出，随着转速的降低，供水系统中水泵的负载特性显著低于一般认为的二次方负载特性。此时异步电机运行于更轻的负载下，若采用t频或恒压频比变频控制，电机都将更多地偏离额定工作点，运行效率将进一步下降。

    异步电机的损耗一般是由定转子的铜耗，定转子的铁耗以及机械损耗筹构成，一般机械损耗等所占比重较小，转子铁耗也比较小。因此，异步电机的效率优化控制主要是针对于定转子的铜耗与定子铁耗。另外，由于电机的漏感相对于互感较小，在能耗分析中往往也忽略。

    为了更准确的研究异步电机的损耗及提高电机的控制性能，在同步旋转d-q坐标系下，建立考虑。