异步电动机节能控制方法及抗干扰技术

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1、异步电动机节能控制方法及抗干扰技术-机电论文异步电动机节能控制方法及抗干扰技术翟羽耀　张　旭（中核核电运行管理有限公司运行一处，浙江海盐314300）【摘　要】主要介绍了异步电机的节能技术，对离心连接方式、变频调速起动方式、降压起动方式、固态起动器起动方式进行了深入的研究。对异步电动机的损耗进行了分析，并对节能控制抗干扰的技术进行了初步的描述。关键词异步电动机；节能；抗干扰；变频调速；变频节能；损耗0　前言作为一种重要的动力设备，异步电动机的用电量是非常大的。这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载

2、下运行。电动机的负载率低，效率不高，电能的浪费现象十分严重。因此在目前我国工业生产不断发展，能源日趋紧张，环保要求日趋高涨的情况下，提高电机运行效率可以极大缓解能源紧张状况，提高国民经济效益，具有十分重要的现实意义。1　异步电动机节能控制的基本方法异步电动机运行时，一般有三种方式可以达到节能的目的：一是变频节能；二是降低定子电压节能；三是优化电动机本体设计节能。本论文将重点研究电机智能软启动节能控制方式。异步电机是以反电势来平衡外电压的，反电势随着转子转速的增加而逐渐增大，电动机在起动之初反电势为零，所以起动时冲击电流很大，约为额定电流的5~7倍。对

3、于功率较大的异步电机起动时电流会达到几千安培，会对电网造成很大的冲击，使电源电压下降，影响同一电网上的其它设备的起动和正常工作。基于以上的原因，电动机一般不允许直接起动，必须对其起停加以控制。可以实现异步电机软起动的方式主要有：离心连接方式、变频调速起动方式、降压起动方式。1.1　离心连接方式包括液力耦合器，电磁转差离合器等多种形式。其基本原理是在电机和负载之间加入中间级以起到缓冲作用，离心连接可用于调速，但调速范围不大，精度低。这种起动方式可以防止起动时对负载设备的冲击，但不能防止起动过程中冲击电流对电网的影响。1.2　变频调速起动方式变频调速系统

4、除进行电机调速外，还可以实现平滑起动。在电机起动加速时，逆变器输出频率做线性增长，随频率增大电压随之增高，可使电机起动时的电流限制在1.5IN左右。对于有调速要求的电力拖动系统，宜采用变频器调速方式。但这种电机控制器的电路复杂，成本较高，当不需要精确调速时，不适合应用这种起动方式。1.3　降压起动方式包括常规的降压起动和固态软起动器起动两种方法。常规的降压起动方式主要有：定子电路中串入起动电抗、星—三角形起动、自耦变压器降压起动等。这类起动控制可以达到减小起动时的机械及电器冲击的基本要求，但它们仅仅是名义上的软起动控制器，因为它们将起动阶段分为两个或

5、多个步骤，起动电流由一级向相邻一级跳变时会产生跳跃冲击，且这类控制器均以接触器为主要部件，虽然经过不断的设计改进，但还是存在不可消除的缺点，如体积大、机械磨损、触头烧熔、工作噪声、工作时的射频干扰和机械震动，为此，起动设备需要经常维修，实践表明，这类起动器的性能比电机本身还要差。另外一种降压起动方式是用固态起动器起动。固态起动器是一种新型的无触点起动器，通过半导体元件来控制。在三相电路的每一相有两个晶闸管反并联连接，控制输出的触发脉冲即可调整晶闸管的输出电压。2　异步电动机的损耗分析2.1　恒定损耗恒定损耗是指异步电动机运行时固有损耗，它与电动机材料

6、、制造工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。恒定损耗包括铁心损耗（含空载杂散损耗）及机械损耗。2.1.1　铁心损耗铁心损耗pFe（含空载杂散损耗）亦称铁耗，指主磁场在电动机铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗。异步电动机在正常运行时，转差率很小，转子铁心中磁通变化的频率很小，一般仅为每秒1~3周，故异步电动机铁耗主要为定子铁心损耗。铁耗大小取决于组成电动机的铁心材料性能、频率及磁通密度，近似公式pFe≈kf1.3B2，k为系数，B为磁通密度，f为转子磁通变化的频率。空载杂散损耗pσs是指空载电流通过定子绕组的漏磁通在定子机座、端盖等金属中

7、产生的损耗，一般空载电流近似不变，因此这些损耗也是恒定的。铁耗一般占异步电动机总损耗的20%~25%。2.1.2　机械损耗机械损耗PΩ通常包括通风系统损耗pV及轴承摩擦损耗pr，绕线式转子还有电刷摩擦损耗。通风系统的风摩损耗主要为产生冷却电机的气流所需的风扇总功率。，H为风扇有效压力，V为气体流量，η为风扇效率。可见，合理的选用冷却风扇所用材料及合理的风道设计等可降低通风系统损耗，具体的不在本文涉及范围。轴承摩擦损耗主要与轴承型号，装配水平，润滑脂有关。对于滚动轴承，轴承摩擦损耗一般形式为：pr=9.81GVsμ，G为轴承承受的负荷，Vs为轴径线速度

8、，μ为摩擦系数。机械损耗一般占总损耗的10%~50%，电动机容量越大，由于通风损耗变大，在总损耗中比重也增大