三相异步电动机节能设计

1、目录1. 设计要求2异步电机损耗分析及调压节能基本原理22.1交流异步电机的能耗与效率的分析22. 2.2降压节能原理6节能控制系统的硬件设计103.1节能控制系统总体方案设计113. 3.2系统主要功能模块电路设计12系统举例与分析154.1检测目的154.2空载时降压对电机功率因数的影晌154.3不同负载率下电效果16总结17参考文献181设计要求(1) 开发局新节能广品。(2) 可用丁恶劣环境。(3) 确定变电所主变压器的台数与容量、类型(4)绘制设计图样2.异步电机损耗分析及调压节能基本原理2.1交流异步电机的能耗与效率的分析2.1.1能耗分析异步电动机在运行中产生的各种损耗，主要分为

2、铁损耗、机械损耗、铜损耗及杂散损耗。电动机的铜损耗包括定子铜损耗Pcu1,和转子铜损耗Pcu2。它们是由定子电流和转子电流流过定子、转子绕组而产生的。Pcu13I2R1(2-1)式中，R1为定子每相电阻;I1为定子每相电流。(2-2)式中，S为转差率：Pe为电磁功率。电动机的铁损失包括磁滞损失和涡流损失，它是铁芯在磁场中受交变磁化作用产生的。PFekf13B2(2-3)式中，k为常数；f为电源频率;B为磁通密度。由丁：(2-4)BE1U1式中，4为磁通量；E1为定子绕组的感应电动势U1为定子绕组的相电压。所以可以认为，铁损与端电压的平方成正比。由丁转子电源频率很低（一股只有13Hz）,转子铁芯

3、的损耗很小，因此可以认为：从空载到额定负载的范围内，电动机的铁损耗PFe,仅是定子铁芯损耗。电动机的杂散损耗包括铁杂损耗和铜杂损耗。铁杂损耗发生在定子与转子的齿中，是由丁齿磁通在转子旋转时发生脉动而产生的，通常称为脉动损耗或表面损耗。可近似认为：铁杂损耗与外加电压的平方成正比。铜杂损耗是由丁高次谐波磁势的影响产生的。可近似认为：铜杂损耗与电流的平方成正比，随负载的变化而变化。可见，杂散损耗部分取决丁电压，部分取决丁电流。对丁感应电动机来说，铜杂损耗是主要的，约占电动机杂散损耗的70%90%感应电动机杂散损耗可由测功机法、回馈法、反转法测得。它在总损失中占的比例很小。在小型铸铝转子笼型感应电动机

4、中，满载下杂散损失可达输出功率的1%3%在大型的感应电动机中，杂散损失一般为输出功率的5%2.1.2电机的功率关系当异步电动机以转速n稳定运行时，从电源输入的功率为P1P13U111cos1（2-5）其中：U1为定子相电压,I1为定子相电流；cos41为定子边功率因数定子边铜损耗为：(2-6)Pcui3I12r其中：r1为定子相电阻。正常运行情况下的异步电动机，由丁转子转速接近丁同步转速，气隙旋转磁ba与转子铁心的相对转速很小，再加上转子铁心和定子铁心同样是用0.5mm厚的硅钢片（大、中型异步电动机还涂漆）叠压而成，所以转子铁损耗很小，可忽略不计，因此电动机的铁损耗主要为定子铁损耗，即：(2-

5、7)PFePFel3Im其中：PFe为电动机铁损，PFel为定子铁损，IO为励磁电流，rm为励磁电阻。由三相异步电机的T形等值电路可以看出，如图2.1所示：1jXijX2图2.1三相异步电机T型等值电路PMRRu1PFe31汜2s23I於s(2-8)电磁功率也可表示为''%3E212cos2m2E212cos2(2-9)其中COS2为转子的内功率因数。转子铜损耗：'2'FCu23122sFM(2-10)传输给转子回路的电磁功率PM等丁转子回路全部电阻上的损耗(1电磁功率PM减去转子绕组中的铜损耗Pcu2就是等效电阻s）'2S上的项耗。这部分等效损耗实际上

6、是传输给电机转轴上的机械功率，用Pm表示。它是转子绕组中电流与气隙旋转磁密共同作用产生的电磁转矩，带动转子以转速n旋转所对应的功率:_.'2(1S)'、PmPMFcu2312r2(1S)PM(2-11)s转子的机械功率Pm减去机械损耗Pmffi附加损耗Ps,才是转轴上真正输出的功率，用P2表示：P2PmPmPs(2-12)可见异步电机运行时，从电源输入电功率P1到转轴上输出功率P2的全过程为：P2P1pCu2pFepCu2pmPs(2-13)从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的定量关系为：Pm:pcu2:Pm1：s：(1s)

7、(2-14)由式说明，若电磁功率一定，转差率s越小，转子回路铜损耗越小，机械功率越大2.1.3效率与功率因数关系电动机的效率是指电动机的输出功率和输入的有功功率之比，电动机的功率因数是指电动机的输入的有功功率和输入的视在功率之比。在额定条件下，电动机运行的功率、损耗、效率和功率因数之间的关系为：电动机的输出机械功率如公式(2-14)所示，电动机的效率为：旦100%P1&u1海膈pmps100%(2-15)RR功率因数为：cos淫2一一3I1U13IU1U1(2-16)从上面式中可以看出，电动机的效率和功率因数有关。电动机对应不同的负载率，效率和功率因数的数值是变化的，在额定负载率左右，

8、可达到最局运行效率和较局的功率因数，不同的负载率下，电动机效率和功率因数曲线见图2.2所示：cos60%图2.2不同负载率下效率与功率因数关系曲线2.2降压节能原理根据异步电动机所驱动负载的工作特性，可以将负载分为两类：包转矩负载和变转矩负载。包转矩负载是指负载对电动机的阻转矩兀相对丁电动机转速n近似为常数。例如切削机床、传送机、吊车等。变转矩负载是指负载对电动机的阻转矩兀相对丁电动机转速。有较大变化。例如风机，水泵等。对丁这类负载其阻转矩T2可用下式表示：T20.15Tn0.85(1S)2Tn(2-17)其中：TN为负载的额定转矩；s为转差率。包转矩负载损耗分析：异步电动机的输出转矩和输出功

9、率有如下关系：T260P2其中：P2为电机输出功率;n为电机转速。对丁三相异步电机，调整定子电压时电动机的速度变化很小，因此由上式可以认为电动机的输出功率几乎不变。异步电机端电压变化时，铁耗与电压平方成正比。且有如下关系成立：(2-19)PFe(PoP)KP0为电动机在额定电压时的空其中：PFe为电动机在实际电压下铁耗；KU4、，一KU，一载项耗；PQ为电动机的机械项耗；N为电动机的调压比；U1为电动机实际定子电压；UN为电动机额定电压。电机铜耗与电流平方成正比，并且有下式成立：12(2-20)PcuPn(1)P0(厂)2NKM其中：Pcu为电动机的实际铜耗；PN为电动机的额定功率；7N为电动

10、机的额定效率；Pn为电动机的负载系数；P2为电动机输出机械功率。对丁包转矩负载调象时几不变，负载系数6为定值，这时若电动机的端22电压降低，则铜耗按km比例增大，而铁耗按Km比例减小。这样必然存在一个电压值，使得电机在此电压下运行时，总的损耗最小。这一电压称为在该负载系数6下的最佳运行电压，记为U1op。相应的电压比称为最佳电压比，记为Kuop。设电动机额定电压下运行时的总损耗为Zp,任意电压下运行时的总损耗为Zpu,则有：1八pp。Pn(1)N2p0(2-21)2pM(p0p)KM1pPn(N1)p0(KM)2(2-22)Kp定义PmP对丁在某一负载系数6下运行的电动机,显然当KP越小,节电效果越显著。令dKpdK；0可求得在此负载系数下的最佳调压比Kuop；2Pn(11)p°Kuopi(2-23),PoP令：1八PN(1)p0NPoPKuop4.2(2-24)最佳调压比Kuop与电动机额定运行时的耗损分布有关，一般异步r1Pn(1)Po(PoP)电动机有即1,也就是说额定运行时铜耗大丁铁耗，电动机并非运行丁损耗最小状态。当电动机满载运行时，其最佳调压比Kuop*时，但其值不能大于1