三相异步电动机节能保护器的研究

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1、三相异步电动机节能保护器的研究摘要：目前有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行状态，白白地浪费掉大量的电能，影响着企业的经济效益。结合我国国情需要的措施是:既要使电机的节能设备具有较好的节能效果，又要想办法尽量降低改造或更新的费用。本文从理论上详细分析了异步电动机Y/△转换节能的基本原理，并在此基础上提出了一整套单片机控制的Y/△转换节能保护器的设计方案。关键词：电动机、节能、保护、试验1.绪论1.1异步电机节能的必要性我国“十五”期间节能计划中关于“电机系统的节能计划”指出:电动机是量大面广的高耗能设备，我国现有各类电动机总容量

2、约4.2亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时。其中80%以上为0.55-200千瓦以下的中小型电机，但所有电动机中相当于世界近代技术水平的J2,J02系列的约占70%，相当于70年代水平的Y系列电动机不足30%，具有80年代末水平的YX系列高效电动机所占的比例更是微乎其微。也就是说，我国在服役的电机拖动系统的总体装备水平仅相当于发达国家50年代的水平，我国目前制造的电机仅有5%是高效节能电机，但几乎全部用于出口。37据有关专家估算，由于设计、制造等各种原因，我国电机拖动系统的能源利用效率约比发达国家低10-30个百分点，总的节能潜力约为100

3、0亿千瓦时，相当于20个装机容量为1000兆瓦级的大型火电厂的年发电总量，而进行电机拖动系统的改造和更新的费用需要约500亿元人民币。另一方面，近几年我国出现了大面积缺电状况，全国大部分省、市不得不实行错峰用电，分时拉闸限电，这使得对电机节能的研究变的更为重要与迫切。由上可知，比较符合我国国情需要的措施是:既要使电机的节能设备具有较好的节能效果，又要想办法尽量降低改造或更新的费用。根据国家标准GB12497-1995《三相异步电动机经济运行》的有关规定，工矿企业中使用着的大量三相交流异步电动机的运行状态可以分为经济运行状态、允许运行状态和非

4、经济运行状态。目前有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行状态，白白地浪费掉大量的电能，影响着企业的经济效益。究其原因，电能的浪费大致是由以下几种情况造成的:(1)在进行电动机容量选配时，往往片面的追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机的容量过大，造成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率因数降低;(2)由于大部分电机采用直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外，5-7倍的起动电流也造成能量的消耗。可见，研究三相交流异步电动机的节能需从以下两方面入手:(1)根据负载情况调节电动机的端电压;(

5、2)限制电动机的起动电流。1.2常见的几种电动机节能保护器及其优缺点1.2.1老式的丫/△转换节能电路这种方法适用于正常运行时定子绕组采用三角形接法、在空载下启动的电动机。图1-1为一种老式Y/△37转换节能电路的原理图，该电路主要由电流继电器LJ、时间继电器KT、热继电器FR以及相应的辅助电路构成。其工作原理是:当按下SB1时，接触器KMl,KM2得电，电机在Y下启动。限位开关SQ受主轴操纵杆控制，主轴在运转时，SQ闭合，时间继电器KT得电。在空载或轻载时，定子电流小于电流继电器LJ的整定值，LJ不动作，电机保持在Y下运行。如在重载下，L

6、J得电，其常开触点闭合，中间继电器KA随之得电，切断了KM2的线圈电路，同时KM3得电，电机切换至△下运行。工作完毕后，通过主轴操纵杆使SQ断开，KT失电，KM3随之失电，KM2线圈得电，电动机改为Y下运行。此类节能电路具有控制方便、无谐波污染等优点。但体积大、重量大，如果同时需要加入保护电路，则其辅助电路与接线将变的十分复杂，成本也随之成倍增加。1.2.2电子式软启动器电子式软启动器的主电路一般都采用晶闸管调压电路，启动时37由单片机或其它智能控制系统控制晶闸管的导通角，进而使得电动机的端电压平滑上升。在运行过程中可根据定子电流控制电动机

7、的端电压，从而实现节能。电子式软启动器的框图如图1-2所示。电子式软启动器具有噪音小，无触点、重量轻、体积小、电流检测精度高、起动时间及起动电流可控制，起动过程平滑，起动转矩可根据负载情况灵活调整，起动电流可调，操作简单、维护量小，可以频繁起动等优点。1.2.3单片机控制的Y/△转换节能保护器单片机控制的Y/△转换节能保护器是由单片机控制系统根据电流检测的结果判定是否进行切换，以及保护是否动作。同上述两种节能器相比，单片机控制的Y/△转换节能保护器的优点十分明显:成本低、控制简单、接线容易、重量轻、体积小、无谐波污染(切换与启动过程时间很短

8、)。但由于使用Y/△转换节能保护器的电动机端电压只有220V和380V两种，所以Y/△37转换节能保护器的节能效果不如电子式软启动器。本文从理论上详细分析了异步电动机Y/△转换节