异步电动机就地无功补偿(完整版)实用资料

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异步电动机就地无功补偿异步电动机就地无功补偿（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）肖益妹安科瑞电气股份上海嘉定202101一：引言电动机是工厂企业中大量用电设备，也是低压电网中主要感性电器设备之—。电动机工作时，因电磁转换，造成的无功损耗占低压电冈中无功损耗的70％以上。为降低无功损耗，提高电动机功率因数，国家颁发了三相异步电动机经济运行强制性国家标准，企业应合理配置无功补偿装置，使功率因数达到90％以上。合理实施无功补偿装置后。企业可获得明显的经济效益。二、无功补偿的效益1、节省电能，减少电费开支。如某企业使用一台315KVA的配电变压器。企业的综合功率因数为0.8其力率调整电费应增加2.5％；如果提高到0.96以上，电费应减少1.1％。显而易见，功率固数提高以后电费开支将降低3.6％左右。2、提高供电设备带负荷能力，节省供电贴费。仍以315KVA变压器为例，在功率因数为0.8的情况厂，只能带252KW的有功负荷。若随着生产规划的扩大。变压器容量越来越显得不足。如新增40KW的设备投入生产，则必须新增50KVA的一台配电变压器，仅其供电贴费高达2万多元，再加设备购置费、安装费等，企业投入将达4—5万元。如能配置安科瑞公司的ARC功率因数控制器（配自愈式电容器容量20KVAR），功率因数可提高到0.92以上，原变压器能带有功负荷达290KW，基本满足新上设备的需要。而无功补偿装置设备的购置安装费不足1万元。可为企业节省大笔开支。3、减少线路压降，提高供电质量和延长电器使用寿命。采用ARC功率因数控制器后，电动机配电线路电流一般能减少10－20％，设备端电压能提高5％左右，这对电器使用寿命和产品质量的提高均有明显的益处。三、ARC功率因数控制器的选择安科瑞公司的ARC功率因数控制器严格按照DL/T597《低压无功补偿控制器订货技术条件》、JB/T9663《低压无功功率自动补偿控制器》等专业标准中规定的各项要求，依据电动机具体的补偿需求和负荷特性。一般情况下，可从以下几个方面对控制器进行选择：表1产品应用注：冲击性负荷.：电焊机，起重机，大功率电机，轧钢机等四、实践结果实践证明，选用ARC功率因数控制器不仅是一种节能高效易于实现的新技术，可以提高企业的功率因数，减少配电线路的无功电流，降低损耗，改善供电质量。提高电动机的效率和供电设备的出力。应当在工厂企业中尽快推广实施。参考文献：安科瑞电气股份产品选型手册2021.1版.作者简介：肖益妹，女，本科，从事低压配电系统集成工作，QQ：2880635304Email：2880635304@qq无功功率补偿与电动机节能目录无功功率补偿与电动机节能..............................................................................1高压电动机就地无功补偿容量的计算和分析......................................................31前言......................................................................................................32典型电动机的补偿容量计算和分析..........................................................42.1电机各项数据和设计部门选取的补偿容量.......................................42.2电动机在额定工况时的损耗计算.....................................................42.3电动机实际输出功率和负载率计算.................................................52.5分析原因......................................................................................63对典型电动机在不同负载率时补偿容量计算.............................................74在计算和确定补偿容量时应重视的问题....................................................84.1正确地运用公式............................................................................84.2电动机参数引起的误差..................................................................94.3电容器额定电压的裕量..................................................................94.4电抗器容量..................................................................................104.5负载率对补偿容量的影响..............................................................104.6电动机过载运行时补偿容量应增加................................................105结论.....................................................................................................10对电动机进行无功补偿应注意谐波危害............................................................121概况.....................................................................................................122电动机是产生高次谐波电流的谐波源......................................................123无功补偿装置投入后产生了谐波放大现象...............................................144电容器早期损坏的原因..........................................................................165小结.....................................................................................................17电动机无功功率的就地补偿.............................................................................191.电动机就地补偿容量的选择...................................................................192.电容器的过电压....................................................................................203.电容器的过电流和过负荷.......................................................................214.就地补偿的接线方式.............................................................................225.结语.....................................................................................................23低压异步电动机就地无功补偿在水厂中的应用..................................................25概述.......................................................................................................25一、三相低压异步电动机就地无功补偿的意义...........................................25二、低压异步电动机的无功功率及补偿.....................................................26结论.......................................................................................................32参考文献.................................................................................................33变频频调速不是电动机节能技术......................................................................34高压电动机就地无功补偿容量的计算和分析【摘要】介绍了电动机在不同负载率的工况下无功补偿容量的计算方法，对目前在容量计算中存在的问题进行了分析，并且举例说明了在电动机负载率变化时，功率因数、效率、输入功率等参数对补偿容量的影响，同时提出了在计算补偿容量时应重视的一些问题。【关键词】高压电动机；负载率；补偿容量计算；分析1前言由于电动机就地无功补偿节能效果显著，因此应用非常广泛。对于低压电动机一般额定功率较小，在补偿容量计算方面要求不是很严格。而高压（6000V~10000V）电动机的额定功率都很大，从几百千瓦到几千千瓦，甚至达到上万千瓦。设计部门选用这些高压大功率的电动机时，一般在选额定功率时都留有一定的裕量，所以大部分电动机都不是在额定满载工况下运行。这就给我们提出一个很重要的问题：电动机不是在额定满载工况下运行，当负载发生变化时，怎样准确地计算功率因数、效率以及补偿容量，如何分析这些参数之间的关系。由于电动机的功率很大，所以用户对补偿效果要求很严格。再者是对单台电动机进行补偿，负载情况清楚，根据用户的要求计算出来的补偿容量，其投运后的效果应该是满足要求的。但是笔者近几年发现在对电动机就地无功补偿的容量计算方面，存在一些值得商榷的问题：一是在运用补偿容量计算的公式中，概念不清；二是将补偿装置的额定容量误认为是装置实际输出容量；三是电动机制造厂样本中给出的功率因数、效率等参数均为设计值（或称计算值），而不是保证值。这些因素都影响补偿容量的计算，从而影响补偿效果。2典型电动机的补偿容量计算和分析2.1电机各项数据和设计部门选取的补偿容量某市供水泵站，水泵电机的数据如表1所示（电动机厂家提供），用户要求配置就地无功补偿装置，要求补偿后的功率因数要达到0.92。根据用户要求，某设计单位按额定工况计算补偿容量如下：Q=PN⋅tg[-1(cos0.806)-tg-1(cos0.92)]=1250⨯0.308=385kvar注：在此公式中，用PN不对，具体参看后面4.1。为了确保补偿效果，取补偿容量为：Q=400kvar但补偿装置实际投入运行后，功率因数不但达不到0.92，而且连0.90也达不到，仅为0.89，这个功率因数还要受到供电部门的罚款，因此用户很不满意。为了分析原因，设计单位和用户以及电机厂家邀请我们一同分析，找出原因。电机厂家也提供了该电机的详细参数，如表1。表12.2电动机在额定工况时的损耗计算电动机的总损耗：∑PN=定子损耗+转子损耗+铁芯损耗+机械损耗+杂散损耗水泵电机的各项数据（设计值）=16.01+5.62+23.34+4.19+6.25=55.41kW电动机的固定损耗：P0=铁芯损耗+机械损耗=23.34+4.19=27.53kW电动机的可变损耗：PB=总损耗-固定损耗=∑PN-P0=55.41-27.53=27.88kW2.3电动机实际输出功率和负载率计算首先在现场对电动机的电流进行了实测，结果电动机的定子实际电流I2=71A，说明电动机不是在满载工况下运行，在这种情况下电动机的参数计算如下：电动机实际输出功率：P2=PN⋅I2-I0I2N22-I22022=1250⨯电动机实际负载系数：β=P2PN=8751250=0.7（负载率：以上百分数表示的负载系数，这里为β2.4电动机在负载率β的计算：对应于P2时电动机的总损耗：∑PN=βPB+P02=70%）=70%，P2=875kW时电动机的各项参数计算和补偿容量=0.7⨯27.88+27.532=41.2kW对应于P2时电动机的输入功率：P1=P2+∑P=875+41.2=916kW对应于P2时电动机的功率因数：cosϕ2=P13UNI2=9163⨯10⨯71=0.745在这种情况下，将功率因数补偿到0.92，所需无功容量为：Q=PN⋅tg[-1(cos0.745)-tg-1(cos0.92)]=916⨯0.469=430kvar2.5分析原因设计部门选用补偿装置的容量为400kvar，并且要求配置电抗率为6%的电抗器（24kvar），串联6%的电抗器后，电容器的额定电压应选11kV，即UC电容器实际承受电压：UC2=UN1-6%=100.94=10.64kV=11kV.电容器实际输出容量：QC⎛UC2=U⎝C⎫⎛10.64⎫⎪⨯Q=⎪⨯400=374kvar⎪11⎝⎭⎭22装置实际输出容量：Q2=电容器实际输出容量=374-24=350kvar-电抗器容量可以看出Q2（350kvar）比Q1（430kvar）的容量少80kvar（约20%左右），所以达不到预期效果。该电动机在负载率为70%，补偿容量为350kvar时，经计算这时的电动机系统的功率因数为0.89，与实际运行中的功率因数相符。因为电动机系统的功率因数低于0.9，所以还要受到供电部门的罚款，因此用户不满意。经过分析和计算，将装置的额定容量改为500kvar，仍然串联6%的电抗器，装置实际输出容量为438kvar，投入运行后，功率因数达到0.92，用户很满意。3对典型电动机在不同负载率时补偿容量计算前面的这台水泵电机，这种容量和型号应用很普遍，因此我们不妨设其负载β=10，20，30，40，50，60，70，80，90，求出相应的η、cosϕ和补偿容量Q的值，如表2所示。其中电动机空载无功功率Q0按表2数值绘出QC=f(β=3UNI0==f(β3⨯10⨯37.64=652kvar)，cosϕ)，η=f(β)曲线如图1所示。图1Y630-8电动机的负载率与功率因数、效率、补偿容量的关系曲线表2负载率与功率因数、无功补偿容量、效率之间的关系表2和图1表示了电动机典型数据。实际上由于各个生产厂家在设计、制造工艺以及用料上的差异而使数值略有不同，但可以认为这些参数随负载率降低而变化的规律则相差不大的。从表2和图1可知，随着负载率β下降，即电动机输出功率减少，电动机的效率和功率因数也随着下降，而补偿容量稍有增加，这是因为根据4.1项中的计算公式，可知虽然功率因数下降（功率因数低需要的补偿无功增加），但由于输入功率也下降，因此总的补偿容量变化不大。在负载率大于60%时，仅比额定工况增加10%左右的补偿容量。4在计算和确定补偿容量时应重视的问题4.1正确地运用公式根据国家标准GB12497-1995《三相异步电动机经济运行》，在该标准中“6.4.1电动机无功功率补偿的计算”已给出公式29，如下：QC=P1(tgϕ-tgϕ1)该公式可转换为：QC=P1⋅tg[-1(cosϕ)-tg-1(cosϕ1)]式中：QC——就地补偿的无功功率，kvar；入功率，kW；P1——电动机的输cosϕ——电动机补偿前的功率因数；后预期达到的功率因数。cosϕ1——电动机补偿应当强调的是：公式中用的是电动机的输入功率P1，不是电动机的额定功率PN。损耗，而PNP1中包括电动机的是指电动机的轴上输出功率，这有很大区别。在使用该公式时，P1电动机的输入功率在电机铭牌中没有，而PN电动机额定功率和电动机效率ηN可以查到。因此能够计算出P1，即P1=PNηN。可以看出P1＞PN，如把PN当做P1来计算时，其结果是补偿容量偏小。当电动机功率较小，而且效率又很高时，对补偿容量影响不大。但对于容量较大，而且效率又较低（如8级以上）的电动机，则对补偿容量的影响就很大了。这个误差取决电动机的效率参数，一般可达负差5%~8%左右。在公式中对使用P1还是PN，笔者认为不仅是数量的差异，还有概念的混淆。4.2电动机参数引起的误差电动机生产厂家的样本和技术资料中，给出的功率因数、效率以及最大转矩等参数，基本上都是设计值（或称计算值）。这个设计值都比电动机制造后的实际值偏高，所以按设计值计算出来补偿容量值肯定要偏小些。这个误差约为负差3%~5%左右。为了减少这个误差，应向电动机厂家索要这几个参数的“保证值”，这个保证值一般厂家不愿意提供，当然有条件时对电动机进行现场测试，知道了电动机实际使用工况下的各项参数，然后计算出补偿容量。在本文2.1节中的水泵电机，其功率因数的保证值为0.80，效率的保证值为93.9%。4.3电容器额定电压的裕量按照JB7111-1993《高压并联电容器装置》行业标准中，附录A中“A2.5”条规定来选取电容器的额定电压，这里规定的电容器额定电压是有一定裕量的，但正是这个电压裕量，会造成电容器的实际输出容量小于电容器的额定容量，计算方法同前面，这里不再重复。这个电压裕量而造成的误差约为负差在7%~10%左右。4.4电抗器容量补偿装置中如配有串联电抗器，装置的实际输出容量应减去电抗器容量；如电抗率在1%以下时，可忽略，但电抗率在4.5%~6%时不应忽略，否则会有4.5%~6%的负误差。4.5负载率对补偿容量的影响前面已详细地说明了，在不同负载率的情况下，对补偿容量的要求是不同的，可以从表1和图1中看出，如按额定工况计算出来的补偿容量，不会出现过补偿的情况，这是因为电动机在接近额定负载时，功率因数达到最大，这时的输入功率也达到最大，因此不会出现过补偿现象。4.6电动机过载运行时补偿容量应增加前面讨论的都是电动机在不满载时的情况，如果电动机在过载运行时，将会发生怎样的变化？当电动机接近额定负载时，cos达到最大值，如负载继续增加，由于转差率的增加，转子漏抗增大，转子电路的无功电流增加，相应定子无功电流也增加，因此功率因数反而下降。如果电机在这种情况下运行，由于功率因数下降，而输入功率增加，这样此消彼长，所以补偿容量比额定工况时要大许多。5结论5.1从上面的4.1~4.5节中各种因素造成的负误差，加起来约占总补偿容量的20%~25%左右，这个误差不可忽视。5.2在确定高压电动机无功补偿容量时，建议补偿后的功率因数取0.95。因为一是功率因数达到0.95时，用户可以从供电部门得到最大限度的减收电费，节省电费；二是由于补偿容量大些，可以弥补或忽略一些负误差。5.3在电容器电流不大于电动机空载电流的09倍时，应尽量选择靠近较大规格容量的电容器，来确保补偿效果。参考文献：《钢铁企业电力设计手册》编委员编，铁铁企业电力设计手册【M】。北京：冶金出版社，1996.对电动机进行无功补偿应注意谐波危害【摘要】通过实例分析说明，在对电动机进行无功补偿时，有可能发生因电动机产生的谐波得到放大，而导致电容器早期损坏的现象。【关键词】电动机；无功补偿；谐波三相交流异步电动机具有一系列优点，作为动力设备在各行业中获得极广泛的应用，它在运行中依靠磁场传递进行能量转换来工作，不仅消耗有功功率，也需要无功工率。属感性负荷，因此功率因数较低，约为0.76～0.89，一般需要并联电容器进行补偿，以提高功率因数，同时也提高了端电压，有利于电动机的起动。电动机进行无功补偿具有增容、节能、提高出力等优点，经济效益显著，目前已得到推广应用，但在推广中，对某些可能存在的问题（例如谐波的危害等）并没给予足够的重视与研究，现笔者通过下面实例说明，电动机进行无功补偿时，若条件合适，同样存在因谐波放大而造成的危害，应引起我们的注意。1概况我省境内某抽水站，安装运行3台180kW电动机，由于该站地处电网末端，电压较低，电机经常起动困难，为了提高功率因数和电压，用自愈式并联电容器（电容器回路中未串联电抗器）进行无功补偿，但是当电容器接入电网运行后，时间不长，就出现电容器损坏现象，随着运行时间增加，损坏的电容器越来越多，当时，怀疑电容器质量不良，就更换了电容器，但更后，仍出现同样问题，有关方面才怀疑是否存在其他原因，向我们提出咨询。我们根据情况进行分析后认为，虽然该站地处农村，附近没有任何谐波源存在，电动机本身一般不作为谐波负荷处理，也没有见到过电动机进行无功补偿后发生谐波危害的报导，但还是不应排除存在谐波危害的可能，应先进行谐波测试与分析。2电动机是产生高次谐波电流的谐波源为了了解系统谐波情况，在低压母线上仅有3台电动机的运行工况时，进行了谐波测试与分析，为便于比较，将测试数据列于表1。表1谐波电压、电流测试数据※表内电流值为CT二次侧电流值从表1中所列数据可以看到，谐波电流以3次及17次为主，根据测试数据，进行谐波功率计算后可知，3次谐波功率与基波功率方向相反，而17次谐波功率与基波功率方向相反，由此可判断3次谐波电流系由电源的3次谐波电压所产生，而17次谐波电流则由电动机所产生。对其他各次谐波进行计算，即可知16次等部分谐波电流亦由电动机所产生，因此电动机是产生高次谐波电流的谐波源，17次及其他各次谐波注入电网，使电网电压波形畸变，其中17次谐波电压高达4.727%，超过了GB／T14549-1993《电能质量公用电网谐波》中不大于4%的限值，同时也导致电压总谐波率达到5.563%，也超过了不大于5%的规定。3无功补偿装置投入后产生了谐波放大现象在低压母线运行着3台电动机的工况下投入无功补偿装置，对电容器回路进行谐波测试，发现由于谐波放大，通过电容器的高次谐波电流很大，表2中列出了测试数据。从表2中所列数据不难看出，无功补偿装置投运后，发生了严重的谐波放大现象，其中16次与17次谐波电流已分别达到基波电流的129.2%与237.1%，而自愈式并联电容器国标中规定，包括谐波电流在内的允许过电流为1.3倍额定电流，因此，这时的谐波电流值是相当大的。表2谐波电压、电流测试数据※表内电流值为CT二次侧电流值同时，电网的电压波形畸变加剧，低压母线电压的16与17次谐波电压含有率，分别由电容器投入前的1.886%与4.727%，增大到6.998%与11.34%，母线电压总畸变率亦由5.563%增大到14.71%，大大超过谐波国标的有关限制值，谐波电压的增大，说明注入电网的谐波电流也相应增大。谐波电压的增大，将直接影响连接于该母线的各种电气设备的安全运行，资料表明，电动机在较高的谐波电压作用下，将发热烧坏，寿命缩短。4电容器早期损坏的原因4.1畸变的电压波形使电容器局部放电性能下降由于谐波的存在，电压波形发生畸变，使电压峰值增高，呈锯齿状尖顶波。图1所示为实侧的电压波形。一些试验表明，尖顶波电压易在介质中诱发局部放电，而且因电压变化速率快，引起的局部放电强度也较大，这将对电容器绝缘介质的老化起加速作用。电容器的局部放电性能一般可用起始放电场强与局放熄灭场强两个参数来表征，若局放熄灭场强低于工作场强那么由于操作过电压所诱发的局部放电就可能在工作场强下不能熄灭，而形成长时间的局部放电。试验表明，当电源电压含有谐波时，电容器的局部放电起始电压和熄灭电压均相应下降，而且当谐波含量较大，谐波次数越高，下降幅值越大。虽然自愈式并联电容器国标中对局部放电性能未作明确要求，但是局部放电对绝缘介质的影响是客观存在的，长时间的局部放电，必然加速绝缘介质的老化，使其自愈性能恶化，最终导致电容器损坏。4.2严重的谐波过电流使电容器损耗功率增加，导致电容器异常发热在电容器的标准中，允许通过电容器的稳态过电流，应不超过电容器在额定频率，额定正弦电压下产生的电流的1.3倍，这个稳态过电流是由谐波和过电压共同作用的结果。图1实测的电压波形在本次测试中，电压没有超过额定电压，故过电流仅是谐波作用下的结果，现根据实际参数计算其过流情况，根据测试时基波电压为181.5V（相电压）谐波电流为基波电流的304.6％，电容器额定电压400V，三相三角接法，由此可计算得其稳态过电流对额定电流的比值为：IeIe1=+3.04640022⨯181.53=2.52式中：Ie——为通过电容器的稳态过电流；Ie1——为电容器在额定频率，额定电压下产生的电流。过电流对电容器的影响主要是热效应，而热效应决定于损耗功率的大小，损耗功率与通过的电流平方成正比。根据电容器允许过电流条件，可计算得实际损耗增加倍率S：S=(2.52Ie1)2(1.3Ie1)2=3.76即电容器的实际损耗功率为允许值的3.76倍，因此，在如此大的损耗功率下，电容器将异常发热，必然使其绝缘迅速老化而早期损坏。5小结5.1电动机会产生高次谐波，用电容器进行无功补偿时，有可能会产生谐波放大现象，对此应引起我们的注意；5.2电动机进行无功补偿时，应进行谐波测试与分析，以便采取相应的技术指施，防止谐波危害的发生。电动机无功功率的就地补偿【摘要】介绍了电动机无功功率就地补偿时，电容器容量的选择方法和接线方式，分析了并联电容器损坏的原因，提出增加并联补偿电容器的额定标称电压是防止电容器损坏的有效方法。【关键词】无功功率；就地补偿；电容器；电动机电动机无功功率就地补偿技术是国家推广的一项节电项目。大力推广这一新技术，对节能具有十分重要的意义。在煤矿井下，由于低压供电负荷距离变压器较远，采用电动机无功功率就地补偿技术除了节约电能外，还可降低线路压降、使电动机易于起动。1.电动机就地补偿容量的选择电动机就地补偿容量的选择，一般应以空载时补偿其功率因数至1为宜，不能以负荷情况计算。因为以空载情况补偿，则满载时仍为滞后。若以负荷情况补偿至轻载）时势必过补偿（即功率因数超前）。过补偿的电动机在切cosϕ=1，空载（或断电源后，由于电容器之放电供给电动机以励磁，能使仍在旋转的电动机成为感应发电机，而使电压超出额定电压好多倍，对电动机的绝缘和电容器的绝缘都不利，因此，感应电动机就地补偿的电容器容量可由下式确定：QC≤3UNI0式中：QC——就地补偿电容器的三相总容量，kW；UN——电动机的额定电压，kV；I0——电动机的空载电流，A。防止电动机产生自激的电容器容量可按下式选用：QC=0.93UNI0=1.5588UNI0就地补偿电容器容量选择的主要参数是电动机的励磁电流，因为不使用电容器可以造成电动机自激是选用电容器容量的必要条件。由于电动机的功率因数与负载率、极数和容量有很大关系，负载率越低，功率因数越低；极数越多，功率因数也越低；同时，容量越小，功率因数也越低。电动机电容器制造厂订做6.9kV标称电压的高压电容器和0.45kV标称电压的低压电容器。2.电容器的过电压2.1电容器的无功功率与运行电压的平方成正比在正弦波电压条件下，电容的无功功率为：Q=UI=U2XC=ωCU2从上式中可以清楚看出，Q与U2成正比，当电容器的运行电压为额定电压的90%时，无功功率Q降低了19%，而当运行电压为额定电压的110%或120%时，无功功率分别增加了21%或44%。2.2运行电压升高，使电容器的发热和温升都增加电容器中由于介质损失引起的有功功率损失Ps，可用下式表示：Ps=ωCUtgδ2从上式中可以看出，电容器的功率损耗和发热量也随着电压值的平方变化，运行电压的升高，会使电容器的温度显著增大。当过电压太高时，就会导致热不平衡，最后造成电容器损坏。2.3电容器的寿命随电压的升高而缩短电容器内部的绝缘介质在长期高电场作用下产生老化作用，使电容器绝缘强度逐渐降低而发生击穿。电容器绝缘介质的电场强度愈高，老化愈快，电容器绝缘介质的寿命也愈短。研究认为，当电压增加15%时，其寿命就可以缩短到运行于额定电压时的32.7%～37.6%左右。因此，严格要求电容器运行电压在允许范围之内，是保证电容器安全运行的重要措施。根据相电力电容器运行电压的标准规定，电容器不要在超过1.1倍额定电压下长期运行。2.4补偿电容器串联的影响当每相之间的电容器组是由几个单台电容器串联以后再接入电网时，由于各台电容值的差异，而承受的电压并不一致，也会引起过电压（制造标准上允许的误差为±10%，过电压即可达到20%）。另外，对于中性点不接地的接线电容器组，相间电容差值也会产生三相电压的不平衡。2.5串联电抗器的影响当接入网络的电容器组采用串联6%的电抗器以防止高频谐波共振时，要考虑到加装电抗器后引起加于电容器组上端电压的升高，以免产生长期过电压运行。2.6应提高补偿电容器的额定电压目前我国生产的移相电容器其额定电压是按照电力系统的标准电压而设计的，例如0.4kV/6.3kV/10.5kV等，如果这些电容器接在变电所或在变电所附近，由于送电端的关系，其母线运行电压往往高于电容器的标称电压，例如0.4kV或6.9kV或者11.5kV，在此基础上往往又可能在10%的过电压下持续运行，尤以轻负荷时更为严重，这样将严重地影响到电容器的使用寿命。因此有必要向电力电容器制造厂订做6.9kV标称电压的高压电容器和0.45kV标称电压的低压电容器。3.电容器的过电流和过负荷3.1电容器的过电流和过负荷移相电容器的过电流和过负荷主要是由于运行电压的升高或高次谐波的畸变两个原因引起的。第一机械工业部标准JB1629-75对移相电容器规定，必须能在由于电压升高或高次谐波引起的不超过1.3倍的额定电流下长期工作。如果电容器组的过电流和过负荷超过厂家规定的允许范围时，应将电容器组从电源上断开，并采取相应措施加以解决后方可投入运行。3.2电容器的电流和无功负荷的关系三相电容器的额定电流和额定无功功率的关系如下：IN=QC3UN运行中的三相电容器无功负荷功率和运行电流的关系如下：Q=3UI3.3防止谐波共振过电压和电容器严重过负荷若安装地点运行电压并不高，但电容器过流又很严重，则应主要考虑波形畸变的问题，首先应对附近用户负荷性质进行了解，分析其谐波成分及比例，找出产生谐波的原因。当网络有谐波源并影响到电容器安全运行时，可以在电容器回路中串联一组电抗器，其感抗值的选择应该在可能产生的任何谐波下均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗，从根本上消除产生谐波的可能。电抗器感抗值XL按下式计算：XL=KXCn2式中：XC——补偿电容器的工频容抗，Ω；最低谐波次数；n——可能产生的K——可靠系数，一般取1.2～1.5。可能产生的最低谐波次数，一般取n=5，则：XL=1.5XC52=0.06XC我国用于6kV和10kV电容器的电抗器，一般为三相铁芯式，电抗器的额定电流应稍大于电容器的电流。但应注意，由于串联电抗器的结果，加于电容器上的电压UC升高了，其值为：UC=UxtXC-XL如果系统电压较高，要防止由于加装电抗器引起的电容电压长期过运行。4.就地补偿的接线方式4.1直接起动和降压起动的电动机的补偿接线对直接起动或以变阻器、电抗器、自耦变压器起动的高低压三相异步电动机，电动机无功功率就地补偿装置的电容器可以直接和它的出线端子相连接，电容器和电动机之间不需要装设任何开关设备。当电动机和电源脱离之后其绕组即为电容器放电电阻，因此不必专设电容器的放电装置。高压电动机的就地补偿装置，一般串联接入6%容抗值的三相电抗器，以防止高频谐波共振对电容器造成的损害。4.2星-三角起动器起动的电动机的补偿接线对于采用星-三角起动器起动的异步电动机，最好采用三台单相电容器，每台电容器直接并联在电动机每相绕组的两个端子上，使电容器的接法总是和电动机绕组的接法相一致，电容器和电动机之间也不需要装设开关设备。4.3煤矿井下中央变电所水泵电机的补偿根据《煤矿安全规程》，煤矿井下中央变电所水泵电动机需要装设三组，一组使用，一组备用，一组检修。而电容补偿设备可以只装设一组，三台电动机共用，采用成套设备。当电动机起动时，其控制柜的辅助开关接点接通电容器柜的高压真空接触器，当电动机退出运行时，控制柜的辅助开关断开电容器柜的高压真空接触器。由于电容器柜采用单独的保护和控制，其可靠性较高，但应安装专用电容放电装置（一般用电压互感器作为放电装置）。4.4起动困难的低压电动机的补偿接线煤矿井下低压电动机经常因供电距离太远造成起动困难，这时可以采用电动机无功功率就地补偿技术，为了提升负载端电压，可以适当增加补偿电容器的容量，当电容器的容量达到一定数量时（即过补偿），负载端的电压有可能达到或超过电源电压。当然，正常使用时不必要做到负载端的电压达到电源电压，否则线路有功损耗将增大。为了避免造成电动机的自激，电容器组使用单独的真空接触器控制，真空接触器由电动机控制接触器的辅助接点控制通断，当电动机脱离电源时电容器也脱离电动机。电容器组应设专用放电电阻或AD15型长寿节能电容放电信号灯。5.结语电动机无功功率就地补偿装置主要的应用范围为单向旋转的负载，如水泵、风机、压风机、球磨机等，不适用于双向旋转的设备，也不适用于频繁点动的设备。电动机采用无功功率就地补偿技术具有很多优点，可以节约有功电量8%～15%，节约无功功率50%～80%；还能够减少线路输送电流15%～30%，达到进一步节约线路损耗和变压器损耗的目的。选用电容器时应提出订货的特殊要求，要求电容器标称电压比原来提高10%，即高压为6.9kV或11.5kV，低压为0.45kV，这样做可以提高电容器的使用寿命，同时也简化了电容器的保护，减少了电容器的事故率。低压异步电动机就地无功补偿在水厂中的应用【摘要】本文论述了三相低压异步电动机就地补偿是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法，它不仅适合低压供电进线用户，而且对供水行业的水厂同样适合。根据国产低压异步电动机JO2系列，Y系列常用三相异步电动机的实际参数、结合专用无功补偿电容器配置表，在田村水厂两个供水车间进行了应用。【关键词】三相低压异步电动机；无功补偿电容器；应用概述异步电动机功率因数在满负荷时并不很低，但在我厂实际应用中，大部分电动机负荷在50%左右，因此功率因数较低。在电网负荷中异步电动机所占的比重较大，是电力系统电网的主要无功负荷。它使各级网损也相应增大，尽管在各级变电站、所及各厂矿企业变电站内均装有集中无功补偿装置来提高功率因数，减少电网线损，但集中补偿不仅无法降低低压电网的线损，而且价格较贵。特别是在供水行业水厂中，它们均是高压进线的用户（35kV或10kV）经过多级变配电（35kV→6kV→400V）加上各个水处理车间分散，低压网络较长，虽采取高压集中无功补偿，不能降低低压系统电网的线损。因此，需对水厂各个水处理车间的低压异步电动机实施就地补偿。就是用一台与异步电动机特性相配合的电容器直接并联于该电动机，不需要外加其它保护装置。使低压供电系统的电压质量得到改善。电动机是供水行业中的重要动力设备，承担着电能转换成机械能，从而驱动供水机械设备的运转。在工矿企业以及水厂的日常生产中，异步电动机无功功率占低压电网无功功率的比重很大，因此对于异步电动机采用就地无功功率补偿，以提高供电系统的功率因数，节约电能，减少运行费用，提高电压质量有重要的意义。一、三相低压异步电动机就地无功补偿的意义1.可减少供电网、配电变压器、低压配电线路的负荷电流。2.降低了配电网线损和配电线路的导线截面使配电变压器的带载能力增强。3.提高了低压线路的功率因数，减少未端电压波动，改善各供水车间低压进线的电压质量。4.可降低电动机的起动电流。5.因为补偿电容器随电动机同时投切，只要补偿的电容器容量选配适当，不存在无功过补偿。6.简单、价低。因为只是在电动机上并联一台合适的专用电容器，不需要外加其它保护装置，就有较为理想的补偿效果。二、低压异步电动机的无功功率及补偿因为，异步电动机在运行时所需要的无功功率，由两部分组成：一部分是励磁支路的无功功率（即铁损）；另一部分是负荷支路的无功功率（即铜损）。小容量的异步电动机主要是励磁支路的无功功率，当负荷由零到满载时，其变化很小。而负荷支路的无功功率随负荷增加而增加，其值一般要比励磁支路无功功率要小，异步电动机容量越小，相对的比例也越小，小容量的异步电动机从空载到满载，其总的无功功率变化不大。以Y系列为例：电机额定容量为0.75kW，空载时无功功率为0.531kvar，而满载时为0.646kvar。异步电动机随着容量的增大，从空载到满载所需的总无功功率变化相应加大。如：电机额定容量为15kW时，空载所需无功功率为4.741kvar，而满载时为9.178kvar。表1为几种小容量Y型异步电动机在不同负载下所需的无功功率。从表中可知电动机无功功率在不同负载下的变化。表1几种小容量Y型异步电动机在不同的负载率下所需的无功功率因此，对低压电动机的无功补偿，其并联电容器在运行时的实际补偿容量，只要能补偿其励磁功率，就能使异步电动机运行的功率因数在负载率从40%-100%都有很高值（0.9以上）。而低负载时，其功率因数达不到0.9，但由于所需的无功功率很小，因此产生的线损不大，而比无补偿时的无功损耗降低了很多。以上仅为15kW以下小电动机的补偿特点。随着电动机功率的增加，电动机负载率与功率因数有如下关系（见表2）。表2电动机负载率与功率因数的关系由于并联电容器在异步电动机的额定电压下，所产生的无功功率小于异步电动机在额定电压下空载时需要的励磁功率（略小于空载无功功率）。当电压上升时，电容器所产生的无功功率随电压的平方增加，而异步电动机因铁芯的磁饱和，其需要的无功功率增加将大于电容器的无功功率增加；当电压下降时，异步电动机和电容器的无功功率几乎都将随电压的平方下降。因此，并联电容器的补偿容量在运行时所产生的无功功率，总小于异步电动机的不同负载下所需的无功功率。所以不会产生过补偿。由于电容器的无功功率比补偿异步电动机空载无功功率要略小一点，也就是说仅为励磁功率，因此，也就不会产生异步电动机的自励现象。对低压三相异步电动机采用就地无功补偿，比集中无功补偿要经济、简单、可靠得多。因为，虽然它装置的总无功容量要为集中无功装置总无功容量的3～4倍，但集中无功补偿装置的单位容量的费用却为就地补偿电容器的4～6倍左右。而且，采用三相低压异步电动机就地无功补偿可降低工矿、企业内的低压电网损失，节约了能源，减少了电费支出。三相低压异步电动机就地无功补偿电容器可选常用的低压自愈式金属化膜电容器，该电容器以金属化聚丙烯薄膜作电极和介质，其产品具有自愈性，并且有重量轻、体积小、损耗低等优点，特别是价格低。考虑到工矿企业电网电压波动较大，加上无功补偿后，电压要相应提高一点，电容器的额定电压宜选用常规的400V产品。但要求电容器接线端子、引线等带电体不能外露，以确保安全。1低压异步电动机补偿方式的选择：在供电系统中补偿有三种方式：高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。由于在我厂实际供电系统中，采用6kV并联电容器集中补偿方式。回流车间和加速澄清池均为低压进线，距配电室较远且分散，为了尽量减少线损和电压损失，宜采用低压异步电动机无功功率就地补偿方式。2低压异步电动机补偿装置投切方式的确定由于异步电动机本身就是很好的放电线圈，所以在异步电动机外加电源电压失去时，三相低压异步电动机专用无功补偿电容器可以向异步电动机放电，使电容器端电压很快下降到零，在电网电压复现时，就不会出现过电压。因此，异步电动机与电容器补偿装置之间，不用加装熔断器保护。在开/停异步电动机时，电容器补偿装置同时投入或断开。3异步电动机就地补偿器容量的选择及配置3.1补偿容量的选择选择就地补偿装置QC的方法有三。①按电动机的空载电流选择QC=3UeI03UeI0为防止自激过压QC≤通常推荐：QC=K3UeI0式中：QC——补偿容量，kvar；电压，kV；Ue——电动机额定电流，AI0——电动机空载K——补偿系数（一般取0.9-0.98）②按电动机补偿前后的功率因数选择⎛QC=P(tgϕ1-tgϕ2)=P⎝1cosϕ1-12-⎫⎪2cosϕ2-1⎪⎭1式中：P——电动机的额定功率，kW；率因数；cosϕ1——补偿前的功率因数。cosϕ2——补偿后的功两种计算方法取得的QC值结果往往不一致，如按第二种方法算出的QC值小于第一种方法的计算结果，则以第二种方法计算结果为准，如第二种方法算出的QC值大于第一种方法的计算结果时，以第一种计算结果为准，补偿率K③查表法选择按电动机类型不同.容量不同来查表，选择电动机补偿容量（kvar）。并附表3、表4表3JO2常用三相异步电动机（15kW以下）专用无功补偿电容器容量配置表b=QCP。表4Y系列（380V）三相异步电动机无功就地补偿器容量（kvar）表表3、表4为JO2系列、Y系列常用三相异步电动机就地无功补偿电容器容量配置表，是根据各异步电动机在不同负载下所需的无功功率选择的，对改善功率因数的效果是满意的。防止自激磁的措施：采用电容器就地补偿的电动机，切断电源后，电动机仍会在惯性作用下继续转动一段时间，此时电容器的放电电流成为激磁电流，可使电动机的磁场因自激磁而产生电压，电动机即运行于发电状态，可能导致对电机及电容器绝缘的损坏。所以补偿设备的容性电流值应不大于电动机空载电流值的90%。由于异步电动机补偿电容器容量，要根据各种规格电动机在不同负载下所需的无功功率以及电容器容量误差等因素来选择，不能简单地用0.4倍电动机的额定容量来确定。这是因为不同系列、不同容量、不同极数的异步电动机其空载的无功功率与电动机的额定功率之比相差是很大的。从表1中可明显看出，三相低压异步电动机专用无功补偿电容器容量的选择既要考虑到尽量减少不同规格数量，又要考虑一种规格尽可能多的适用于几种异步电动机的型号。同时还要保证异步电动机在不同的负载时，功率因数满足补偿要求和不发生自励磁现象的过电压。3.2在我厂加速澄清池，使用的四台三相低压异步电磁调速电动机。电磁电机型号为JZT361-4型，激磁电压<90伏，激磁电流<3A，转速调整范围为100-1300转/分。拖动电机型号为JO2T61-4型，额定容量13kW；额定电压380V；额定电流25.6A；额定转速为1460转/分。这套供水设备长期运行在调速为500转/分。测得电机空载电流I=8.2A。经过表3JO2系列常用三相异步电动机（15kW以下）专用无功补偿电容器容量配置表综合分析后，并通过空载电流的计算补偿电容量和实际运行负载率低，选定北京石景山科运节能开发部生产的LLNCR-0.45-7安全型无功功率就地补偿装置。加装补偿后电机空载电流由原来的8.2A，降为3.2A。3.3在回流车间使用的四台380伏JLB281-4型立式电动机额定容量55kW；额定电压380V；额定电流为103A；空载电流为Io=36A。由于此种电动机为80年代初生产，按Y系列电机进行就地补偿参考，查看Y型系列380伏三相异步电动机就地补偿电容器容量表（附表4）并利用空载电流计算，对四台回流泵电动机实际运行状况的分析、计算，采用深圳生产的LPLC-0.4-25无功功率就地补偿装置。电动机加装补偿后运行电流为74-82A左右，大约下降11-12A。通过加速澄清池和回流两个车间，对低压异步电动机增加就地补偿装置前、后电动机的运行电流对照表（附表5）（附表6）也可以看出其补偿效果。表5加速澄清池电动机加装补偿前后电流对照表表6目前我厂还有混合井搅拌机、加药间加药泵、锅炉供暖车间内、外循环泵、滤池、碳池喷淋泵等仍然需要无功就地补偿。结论综上所述，可明显得出：三相低压异步电动机就地无功补偿是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法。不仅对低压供电用户适用，对供水行业的配水厂同样适用。回流车间异步电动机加装补偿前后电流值比对表参考文献【1】阎国华，阎恩刚三相异步电动机经济运行速查表【M】北京：机械工业出版社1993【2】陈丕璋，周明定，俞鑫昌电动机节能技术【M】北京：科学出版社1989【3】牛秀岩电机学【M】北京：冶金工业出版社1989【4】刘介才，戴绍基工厂供电【M】北京：机械工业出版社1998【5】陆安定功率因数与无功补偿【M】上海科学普及出版社2004变频频调速不是电动机节能技术自从1887年电动机诞生，人们便发现电动机存在着大量电能无功损耗的问题。1897年，世界电磁理论界普遍预言：“一旦做到三相异步电动机‘星/三角’自动转换，就能节电40％以上。”许多的企业都已经意识到节电的重要性，因为节约电力不仅是创造社会效益，同时也为企业自身带来十分明显的经济效益。为了节约能源帮助企业降低开采成本，有很多人做了很多关于机械加工设备节能的实践，比如通过变频器、可控硅等设备，试图通过“工艺管理”的手段用调频的方法，来调节电动机的转速实现节能，但结果都失败了，不但没有起到节能的效果反而还影响了设备的正常运行，变频器、可控硅产生的谐波不但污染了电网，造成供电质量下降，还影响了电动机的使用寿命。究其原因，主要是很多人没有认识到电动机节能问题的实质。解决问题的角度和方法不对。谈“节能”首先要看衡量节能的标准，什么叫节能？不管你给电动机加装什么设备，还是不同的电动机之间比较是否节能，节能的标准是什么？无非是在同一工况下，做同样的功，比较耗电量，耗电量低，就是节能；耗同样的电量，比较出力做功，做功多，既是节能。电动机的标称功率，指的是在标准环境下：标准的电流、标准的电压、标准的负载、标准的频率、标准的环境温度等条件同时满足的境况下，电动机的最大输出功率，发挥最高效率。但是在现实的生产过程环境中，没有一个指标是能够达到标准环境条件的，所以电动机在实际生产中仅能发挥出其标称功率的30%~40%，甚至更低。凡是以变频器、晶闸管（可控硅）等为执行元件的电机控制设备，都是通过改变供电电源的频率周期和波形电流占空比，把交流电电流变成了脉冲电流，来实现调速的。如果说这样的设备可以节能，是说不通的，因为所有的变频设备都是以牺牲电机效率（电机做功）为代价，实现调速功能的。如果说少做了功，就叫节能，那样变频器是可以节能的，这样的节能是具有欺骗性的，没有意义的。正是由于电动机转速降低的同时，电动机耗电量随着也减少，利用这点就有人把它冠名为节电技术。在实现电动机用调频的方法调节转速的同时，电动机转速、电动机耗电量、电动机出力三者与电源的频率下降的关系为：1、从理论推导三者是一次方、二次方、三次方的关系：既电动机频率下降2%，则电动机转速下降2%，电动机耗电量下降4%，电动机出力下降8%。2、从调频调速产品用于电动机的实际测试结果倒更接近于1、2、3的倍率下降。具体来说，如将50Hz的电源供给电动机的电流的周波数截去1.5周，既48.5个周波，50-48.5/50×100%=3%则电动机转速下降3%，耗电量减少2×3%=6%，出力衰减3×3%=9%，由此看来无论从理论推导以及实测结果表明调频调速不是电动机节能技术。3、再则，截波时可控硅在ns级的通断,在电动机电感上产生的高峰脉冲电压，严重危害电网供电质量和其它用电设备。只要以电动机及其工作系统节电技术内涵来加以分析，以“整体效能”来衡量，调频调速移置于电动机节能，恰好是地道的费电器。对这一问题世人应众所周知，调频调速（俗称调频技术或冒充调压技术的）产品绝对不是电动机节能技术产品。因为它不但严重降低电效益而且还严重损害供电质量。电动机是将电能转换成机械能的设备，电动机涉及的工艺流程也千差万别，选择多大的电动机，往往是由工艺流程的需要决定的，生产工艺过程中负载是变化的，而电动机本身就是随负载变化做功的。电动机的能耗，主要是电动机在将电能转化成机械能做功的过程中，损耗和浪费的电能。属于电动机在非标准环境下设备本身的能源转化效率问题。当电动机空载时，电动机并不对转化机械能产生任何有益贡献，既电动机无任何效率，但是电动机任然在耗电！在实际的生产过程中，电动机的效率是从0%-100%的额定功率不断变化，需要依赖动态Y/△自动双向转换技术、就地准量无功补偿技术、电机综合保护、清除电网谐波改善电动机供电质量等技术，提高电动机系统“整体电效能”，提高能源的实际使用效率。针对不同的工况使电动机达到经济运行的状态。开关磁阻电动机控制技术的研究*迟岩（博士/教授，集美大学）叶毅坚,云利军摘要：本文首先对开关磁阻电动机的主要特点进行了介绍，在此基础上，设计出SRD微机控制系统硬件基本结构和系统的软件程序框图。组成了基于DSP控制SRD的舰船电力推进系统，并对该系统的实际运行进行分析。一、引言开关磁阻电动机驱动系统（SRD）由开关磁阻电动机（SR）、功率变换器、控制器和检测器四个部分组成。目前已成为各国研究和开发的热点之一。SRD作为一种新型调速驱动系统，首先在电动车驱动系统中得到了应用，实践证明，SRD具有许多直流电动机驱动系统和一般交流电动机调速驱动系统难以比拟的优点。SRD还可以应用于各类运载交通工具领域。但目前在我国中小型舰船电力推进系统中SRD尚未开始应用，但其发展方向是明显的，这将是舰船电力推进技术中很有竞争力的一个方面。开关磁阻电动机作为调速驱动应用呈现出的显著特点为：(1)电动机结构简单、坚固。制造工艺简单，成本低，转子仅由硅钢片叠压而成，可工作于极高转速。定子线圈为集中绕组，嵌放容易，端部短而牢固。工作可靠，能应用于各种恶劣、高温甚至强振动环境；(2)损耗主要产生在定子，电动机易于冷却。转子无永磁体，可允许有较高的温升；(3)转矩方向与相电流方向无关，从而可减少功率变换器的开关器件数，降低系统成本；(4)功率变换器不会出现直通故障，可靠性高；(5)起动转矩大，低速性能好，无异步电动机在起动时所出现的冲击电流现象；(6)调速范围宽，控制灵活，易于实现各种特殊要求的机械特性。在宽广的转速和功率范围内都具有较高效率；(7)能四象限运行，具有很好的再生制动能力；(8)可用蓄电池供电，耗能低又无污染。这些特点使得SRD在舰船电力推进系统中有很大的应用潜力。二、SRD微机控制系统硬件基本结构设计SR电动机的结构比异步电动机还要简单，功率变换器主电路的结构也不复杂。但SR电动机的控制方式是要根据运行条件的不同，在不同的转子相对位置下通断各相绕阻的开关器件。这样提高了电动机控制的灵活性，但也增加了电动机运行控制的复杂性。显然，如果不采用软件和硬件相结合的微机控制系统对SR电动机进行控制，SRD性能的提高必然受到一定的限制，同时控制器的硬件电路也将过于复杂和庞大。因此，为了简化控制电路，充分挖掘SR电动机控制*集美大学科研基金资助项目（编号：F00061）方式灵活多变的优点，便于引入各种先进的控制规律，完善信息显示，实现通用性、智能化，由微机控制实现的高性能的SRD就成了我们的研究方向。根据要求，设计出的SRD的微机控制系统具有如下功能：(1)低速时，实现电流斩波控制（CCC），输出恒转矩特性；(2)高速时，实现角度位置控制（APC），输出恒功率特性；(3)具备起动、制动、停车及四象限运行；(4)具有速度调节功能；(5)具有速度显示功能。实现上述基本要求的开关磁阻电动机组成的电力推进系统的微机控制系统硬件基本结构如图1所示。其中控制器部分采用DSP（图中虚线框部分）控制。SR电动机SR电动机相电流检测转子位相电流检测转子位置检测键盘功率变换器显示器放大键盘功率变换器显示器放大输入控制参数接口CCC输入控制参数接口CCC方式输出转速显式接口电流比较电流比较D/AD/A转换APC方APC方式输出DSP总线时钟电路CPUEPROMROM时钟电路CPUEPROMROM图1SRD微机控制系统硬件基本结构图该SRD系统有两个反馈环，即速度环和电流环。速度反馈信号取自位置传感器输出的转子位置信号。为简化硬件电路，整个控制方案均由DSP（TMS320C240）微处理器用软件实现。软件实现如下功能：(1)跟踪转子位置，并输出信号至功率变换器对应的相开关器件，以励磁对应的相绕阻；(2)检测并控制四相绕阻中的电流，对其分别进行闭环控制；(3)根据转子位置检测信号计算速度值，并根据速度偏差进行速度闭环控制。完成运行方式转换控制、制动控制。事实上，微机控制作用下的SRD的任何一种工作状态都是软件和硬件相配合共同作用的结果。SR电动机微机控制系统性能的提高，除了要有高性能的CPU、主开关器件、传感器作为物质基础之外，关键还在于具体的控制策略、控制思想。所以我们采用一种控制方式—Bang-Bang控制，Bang-Bang控制可以快速响应参数的变化，提高控制的精确度。控制器硬件结构如图2所示：DSPDSP(TMS320C240)功率变换器及SR数据功率变换器及SR数据键盘IGBT驱动电路四相输出电流控制电路比较输出电流控制电路电流给绕组电流定输出转子位转子位置控制转子位置转子位置信号图2SRD控制器硬件结构图三、SRD系统的程序框图设计系统软件主要由主程序、专用子程序、中断服务程序构成。主程序初始化整个系统，并协调各个子程序的运行。主程序另一个重要的功能就是跟踪转子的位置并按正确的相序向功率变换器输出开关信号。除了CPU响应中断，主程序将不断地循环。专用子程序主要完成给定参数到转换成参考电流、参考转速之间的转换、CCC控制、APC控制。主程序框图如图3所示，初始化程序框图如图4所示，需要刷新的参数是电动机转速、检测相电流。初始化清中断寄存器清所用RAM单元置中断字计算置控制参数输入输出口设置显示图4初始化程序框图初始化显示键扫描、键分析起动与方式转换控制参数刷新速度计算图3主程序框图四、DSP控制SRD的舰船电力推进系统1．系统组成框图图5所示是DSP控制SR电动机驱动的舰船电力推进控制系统的组成框图。螺旋桨SR电动机螺旋桨SR电动机功率变换器Us位置检测器位置检测器相电流检测相电流检测4A/DA/DDSPDSPTMS320C240转换信号速度给定图5SR电动机驱动的舰船电力推进控制系统的组成框图系统所用样机为四相8/6极结构，11KWSR电动机，功率变换器主电路采用能量非回馈式电流斩波电路，IGBT做主开关。其基极驱动信号来自DSP相应接口的数据线，所用DSP支持32位浮点乘法运算。SR电动机通过传动杆带动船体螺旋桨转动来推进船体前进。系统整体的硬件结构非常简单、可靠性高、成本低。系统软件由主程序、方式转换控制程序、CCC/APC的控制程序组成。主程序初始化整个系统，并协调各个子程序的运行，跟踪转子位置并按正确的相序向功率变换器输出开关信号。软件可完成转速计算、APC/CCC方式运行控制及其方式的转换、换相控制、参考电流的计算、电动机的正/反转和制动控制等。2．系统运行分析系统启动后，电动机转向可由键盘输入指令改变。每次循环，程序首先检定给定转向，若查出方向改变，则设置方向标志。程序由该标志获悉状态的改变，从而执行诸如加速、减速、零速检测等程序。运行过程中，由位置检测器检测转子的位置，转换成速度值。通过与给定的转速比较来确定采取的控制方式：当实际转速小于给定转速，DSP对功率变换器采取CCC控制方式；当实际转速大于额定转速，则采取APC控制方式。通过这种变结构控制来改善开关磁阻电动机的运行控制。从键盘输入给定转速后，根据需要，可以有三种运行方式的选择：正车航行、倒车航行、停车。其中键盘分布为：数字键区0～9，功能键区为原来的字母键A～D，A键为给定速度键，按下该键，则将把键盘数字键输入的数值从数值缓冲区送至给定速度BCD码区，并将BCD码变成二进制数码，送至固定单元存放；B键为显示更换键，按下奇数次，显示给定速度，按下偶数次，则显示实际速度；C键为制动键（停车）；D键为反向键，按奇数次为正向（偶数次则为反向）。下面配合图6所示的键盘图样分析各种运行方式的控制。(1)正车运行：速度给定后，在键盘上按下A键，把输入的速度值送DSP内部转换成二进制，再从键盘上按下D键（此时奇数次，运行中要反向时再按一次D键）由DSP把控制指令通过硬件接口来控制功率变换器中相应相的开关动作，此时功率变换器的四相换相次序是AB-BC-CD-DA。通过开关斩波调节功率变换器的输出电压，从而控制SR电动机的速度变化。123A456B789C0D图6键盘从电动机转速为零到电动机达到预定转速，其间经过了一个“加速—等速”过程，该过程通过位置检测器和电流传感器所构成的反馈回路，配合DSP控制来完成。(2)倒车运行：速度给定后，在键盘上按下D键偶数次，其控制同(1)一样，只是此时的功率变换器的换相次序变成：AD-DC-CB-BA。(3)停车：在电动机正常运行时按下C键，DSP控制功率变换器的换相次序与原来的换相次序相反，在转子速度为零时停止换相控制，电机停转。若要在键盘上显示速度值，则由按键B实现。这里采取的总的控制策略是Bang-Bang控制，对应的限定参数是位置角。在采用CCC控制方式时，由于速度相对给定转速要小，使用周期控制要比角度控制效果好，所以，我们采取周期来控制换相和换相过渡。由DSP把限定的角度范围转换成以时间周期来表示。当检测的角度达到规定值时，或计时时间周期到时，进行换相。该控制系统的主要性能特点为：(1)起动转矩大，起动电流小，因此可以适应船体的频繁正、倒车及起动、停车；(2)该系统是闭环调速控制系统，所以转速精度较高，动态响应较好；(3)开关磁阻电动机无电刷整流子，控制器电路也较简单，因此当船在航行中遇到诸如风浪等恶劣环境时也能得到可靠的控制。五、结束语(1)SRD性能的改善必须依靠先进的控制策略手段，势必要考虑SRD非线性和参数的时变特性，这就增加了系统控制的复杂性。所以，对于SR控制系统，最主要的是控制理论的选择。而硬件是基于控制部分来选择合适的控制器件。(2)我们选择Bang-Bang控制方式，它具有很好的随动性，快速跟踪变量的变化，而且减少了繁杂的计算，也大大减少了设计者的工作量。(3)由于基于Bang-Band控制，在控制器选择上我们采用了DSP微处理器，充分利用了它的DSRAM和硬件乘法器的快速计算功能，提高了系统控制的响应速度，保证了精确度。对比其它各种调速电动机，开关调速磁阻电动机的突出优点在于结构简单、可靠性高、起动性能好和调速性能好，而且成本低，具有较高的综合性能。该系统所采用的DSP控制的SRD具有全电控、易于智能化的优点，某些性能优于传统的船舶电力推进系统，具有极其广泛的市场前景。主要参靠文献王宏华编著．开关型磁阻电动机调速控制技术．机械工业出版社，1999邱亦慧．詹琼华，马志源等．基于DSP的开关磁阻电机数字电流控制研究．微特电机，2001年第2期江康源．船舶动力装置发展的新趋势．船舶工程，1999年第3期太原理工大学硕士学位论文开关磁阻电动机调速系统仿真分析与设计研究姓名：李书杰申请学位级别：硕士专业：@指导教师：卜庆华20210517开关磁阻电动机调速系统仿真分析与设计研究摘要开关磁阻电动机调速系统（简称SRD，SwitchedReluctanceMotorDrive）是继直流调速、交流变频调速之后，于上世纪80年代中期发展起来的一种开关磁阻电动机与电力电子技术、微电子技术、控制技术于一体的新型调速系统。兼有直流调速、交流调速的优点，以其宽广的调速范围、良好的机械特性、高效节能、卓越的起动和制动性能等优点成为传动领域的热门。本论文基于山西防爆电机（集团）承担的“十一五”国家科技支撑计划课题“矿用电机系统节能技术研究”中子课题“矿用隔爆开关磁阻电动机SRD技术研究”（项目编号：2021BAF34B00）对开关磁阻电动机调速系统进行研究。本文在基于研究开关磁阻电动机调速系统的意义的基础上，介绍了其发展状况、基本组成、性能特点及过去和现阶段研究热点。在了解上述内容的前提下，介绍了本文的研究内容。在本文的第二部分介绍了开关磁阻电动机及其调速系统的基本结构和工作原理；在数学模型介绍中分别叙述了三种数学模型的优缺点，并对线性化模型做了较详细的分析。通过对开关磁阻电动机调速系统的电流斩波控制方式（CCC）、角度位置控制方式（APC）、电压PWM控制方式、组合控制方式的介绍，对比上述几种控制方式的特点，提出本文的控制方式：低速电流斩波控制、高速角度位置控制相结合的组合控制方式，采用电流内环和PI调制的速度外环双闭环的控制策略。在上述控制方式和控制策略提出的基础上，在matlab/simulink仿真环境下、采用模块化的思想建立了开关磁阻电动机调速系统的仿真模型，并进行了仿真实验，从仿真曲线验证了理论的电流斩波和角度位置控制方式下电流、电压波形。在硬件设计部分，介绍了TI公司的电机专用控制芯片TMS320LF2407的功能特点，以其为控制单元设计系统的硬件电路。通过对各种功率电路的比较分析以及SRD系统应用方面的发展，确定本系统的功率电路采用不对称半桥型功率电路，选择了主开关器件。并设计了位置信号检测电路、倍频电路、速度检测电路、电流检测电路和输入与显示电路。在软件设计部分，为了便于软件的调试、修改和发展亦采用了模块化的编程思想，增强了程序的通用性和可读性。最后，在实验系统调试部分，做了开关磁阻电动机在不同转速下的驱动信号和电流调试。并对本文做了总结，提出本系统存在的问题和今后发展的方向。关键词：开关磁阻电动机，开关磁阻电动机调速系统，电流斩波控制，角度位置控制，功率变换电路TheSimulationandDesignofSwitchedReluctanceMotorDrivesABSTRACTSwitchedReluctanceMotorDrives(SRDisanewtypespeedregulationsystemdevelopedinlastcentury,followeddirectcurrentmotordriveandasynchronismmotorfrequencyconversiondrive,whichcombinespowerelectronicstechnology,microelectronicstechnology,moderncontroltechnique.SRD