异步电动机节能控制系统设计

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1、-异步电动机节能控制系统摘要异步电动机因其结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜等优点而广泛应用于各行各业。众所周知电机直接起动有着诸多的弊端；电机轻载运行时，功率损耗增大，效率和功率因数都将大大降低。因此对异步电动机实施有效的控制，保证电机的节能运行，避免电机对电网造成冲击，使之安全经济运行具有十分重要的意义。本文首先进行了异步电动机的功耗分析，通过电路分析和数学推导建立了异步电动机的数学模型及等效电路。对于恒转矩和变转矩两种不同性质的负载，分别讨论了损耗与定子端电压的关系，论证了两种不同负载情况下降压节能的依据。在分析电机功率因数角的变化

2、规律及功率因数角对晶闸管输出电压的影响的基础上，提出了异步电动机在轻载或空载运行时通过检测功率因数并经过一定规则降低定子端电压来达到提高功率因数目的的模糊控制方法，完成了异步电动机节能运行控制系统的软硬件设计，并进行了系统的仿真研究与实验研究。仿真结果及实验结果表明该节能控制器能完成软起动及轻载调压节能的功能。文中还对异步电动机节能控制器的一些技术难点和关键问题提出了有效的解决方法。本文研制了一种通过检测晶闸管的导通与关断，以及检测电网电压同步信号，由87C196KC实现了异步电动机节能控制器的功率因数的检测，具有一定的创新性。采用模糊智能控

3、制方案有效的解决了传统的数学解析方法对电动机及负载适应能力不强的问题，用最简洁的方式，最实用的方法，最廉价的成本，获得最高效的节能功效。关键词：异步电动机；功率因数检测；仿真设计；节能.---目录第1章绪论21.1背景21.1.1异步电动机节能控制的意义21.1.2异步电动机节能控制的基本方法21.1.3异步电动机调压节能控制方法2.---第1章绪论1.1背景1.1.1异步电动机节能控制的意义随着我国工农业生产的迅速发展，电能的需求量越来越大，开发和节约能源已成当务之急。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

4、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，甚至在空载下运行。因此，“大马拉小车”的现象几乎是很普通的，如煤矿常用的胶带输送机、刮板机、绞车、压风机、机床等设备在大部分运行时间中，电动机的负荷变动都较大，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为0.3～0.4，有的还更低。电动机的负载率低，效率不高，电能的浪费现象十分严重。1996年国家统计局统计数字表明，我国全国年发电量的60％为各种电机设备所消耗，其中90kW以内的中小功率异步电动机耗能占总电机耗能的70%，即消耗了4200亿度电。按我国今年国家规定0.5元/kWh的电价

5、计算，其折合人民币210亿元[1]。如果这些异步电动机能够节电10%，就可节约21亿元人民币。2002年国家电力部统计数字表明，火力发电每kWh需投资约1元；三峡水电每kWh需投资约1.13元，建设周期13~17年；核电每kWh需投资2~3元；其他能源（太阳能、风能、海洋能等）每kWh需投资3~5元[2]。若仅按中小功率异步电动机节电10%计算，其年节电量相当于三峡电站的半年发电量，可节约国家投入电站建设资金50亿元左右，为国家节约大量能源和费用。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

6、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。1.1.2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[3]：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轻载时降低定子电压提高功率因数的电机节能方式。调压节能的主回路一般都采用晶闸管调压电路由六只两两反并联的晶闸管组成，串接于电动机的三相供电线路上[4]，如图1.1.---所示。用单片机控制晶闸管触发角α的大小，调节交流电动机定子电压以减少电机的铁损及励磁电流，从而提高功率因数及运行效率。1.1.3异步电动机

7、调压节能控制方法本论文主要从电机的软起动控制和轻载调压控制两方面着手，达到节能的目的。1.1.3.1异步电动机的起动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[5]。对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[6]。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

8、起动方式。（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