交流异步电动机节能运行控制系统电力毕业设计

1绪论币210亿元。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。若仅按中小功率异步电动机节电10%计算，其使其随负载的变化而变化。该类装置空载时节电率为40%左右特色的中国人自己的节电产品来[1]。(1)调压节能耗来提高效率。电机端电压降低后，气隙主磁通也成正比下降，由①*E₂-U₂;电机定子电流I₂将上升，有中1/0*1/E₂。这些变化对电机损耗产生影响，电压下降适当时，电(2)变频节能变频节能是对变频器供电的异步电动机实现功率因数自动控制，使电动异步电机的启动性能较差，全压启动电流约为额定电流的8～10倍，对于大功率电通过单片机控制的三相异步电动机Y/D转换节能器，可对电动机的Y,D之间的转换问题，对于变载工作的电动机可取得较好的节能效果[2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，用单片机控制晶闸管触发角a的电动机的效率为输出机械功率与输入电功率之比。电动大约80%。在电动机工作时的三种基本损耗中，定子、转子的为了获得最佳的节能效果和最好的运行功率因数，控制，最小功率因数角控制和最小定子输入功率控制。它们在实施中取得了较好的节能效果。然而这些研究也显示出某些不足，在实际应用中，由于缺乏系统的理论分析与完由于采用minPin法必须准确测定电动机定子电流及电压与电流的相位差，所以从控制器目前所能找到的公式大多是经验公式和简化公式，即使能找到精确的数学模型，由于电动机参数随着电动机型号、加工工艺及电动机老化等等因素而改变，再精确的数学模型也并不准确了，所以采用传统的数学解析式方法进行调压控制很难达到满意效果。因此，本文将采用模糊控制技术等人工智能控制技术寻找解决问题的突破口，用最简洁的方式，对电流过零点进行检测，通过比较器把电压过零信号转换成方波信号，便于单片机采经单片机运算就可得到功率因数角。在节能控制器中，检测到准确的功率因数角是控制是否精确的关键，本系统使用晶闸管的基本特性，能精确测量信号的过零信息，而且不序模块、数据处理模块。主程序模块主要完成控制系统软件及硬件的初始化，电压、电流采样数据送入数据处理模块进行处理，判断电压电流是否正常，若有故障则停机。电压过零点到来时产生电压中断，中断程序首先输出触发脉冲，计数；电流过零点到来时产生电流中断，中断程序关断定时/计出与预先设定值的差值部分，最终计算出调压比，得出PWM触发脉冲[6]。(2)节能器的硬件设计与编程。(3)重点研究基于最小能耗的三相异步电动机节能控制器算法。(1)节能器功能设计包括软启动、软停车、节能控制、故障综合保护。(2)研究软启动算法、软停车算法和节能控制算法。(3)设计出系统硬件电路并编程。(1)基本的软启动、软停车、节能控制、综合故障保护功能必需实现(2)单片机选用89C52,硬件设计要求操作简单，易扩展，抗干扰，LED显示2节能器节能控制原理和控制策略电动机的磁通和电动势随之减小，铁耗无疑将下降。但与此同时，电压平方变化的电动机转矩也迅速下降而小于负载转矩，电动机只能依靠增大转差率，提高电磁转矩以达到与负载转矩相平衡的状态。转差率的增大，引起转电流增大，同时引起定子和转子电压这时电动机绕组温升将会增高，效率将会下降，甚至发生规程都规定了电动机正运行时电压变化范围不得超过额定电压的95%—110%。在降压运行时，转子电流增加的数值有限。而另一方面，却由于电压的降低，使空载电流和铁损大幅减少。在这种情况下，电动机的总损耗可降低，定子温升，运行效率和功率因数同时得到改善。由此可见，电动机的运行经济性与电动机负载率同运行电压是否合理匹配关系极大。理论分析表明电动机的力能指标(运行效率与功率因数)与其端电NNK为电动机的调压系数，K=UU,(U和U为电动机额定电压和降压运u行时的实际电压);K为电动机的空载电流系数，K=》,(I和I为电动机的额定电流)从公式(2.2)不难看出：并不是所有的降压行为都能达到节电的目的，只有当电压降低程度大于转差率及功率因数上升程度时，才能使运行效率提高.实际上，电动机效率随电压降低而变化的关系呈马鞍形曲线，对应于每一个输出功率(或负载系数),必然存在一个最佳调压系数K,当K=K时，电动机的损耗最低，效率最高。K为电动机的最佳电压调节系数。不同负载下最佳电压调节系数K可按电动机的负载系数P由下式UmNP为电动机的空载损耗(KW);0K为计算系数，K=0-%,(P^为电动机的机械损耗(KW)NGB12497给出了轻载电动机采用降压节电措施后，节约电能的计算公式为节约的有功功率AP为：节约的无功功率AQ为：其中：为电动机带额定负载时的无功功率(Kvar)Q为电动机的空载无功功率(Kvar)0节约的电能AA为：Ck其中：k为无功经济当量，当电动机直连电机母线k=0.02一0.04,二次变压取=0.05-0.07,三次变压取k=0.08一0.10;Tec为电动机年运行时间(h)[16。2.1.2不同负载情况下的降压节能分析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：恒转矩负载和变转矩负载。恒转矩负载是指负载对电动机的阻转矩兀相对于电动机转速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于电动机转速。有较大变化。例如风机，水泵等。对于这类负载其阻转矩T可用下式表示：2(1)恒转矩负载损耗分析异步电动机的输出转矩和输出功率有如下关系：2对于三相异步电机，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。且有如为电动机在实际电压下铁耗；p为电动机在额定电压时的空载损耗；p为电动机的机械损耗；K=里为电动机的调压比；U为电动机实际定子电压；U为电N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：虬二0,可求得在此负载系数下的最佳调压比KdKiapM由以上分析可以得出如下结论：1)最佳调压比与电动机额定运行时的耗损分布有关，一般异步电动机有,即《>1,也就是说额定运行时铜耗大于铁耗，电动机并0Q非运行于损耗最小状态。2)当电动机满载运行时，其最佳调压丁时，但其值不能大于1.1。3)只有当负载系数时，降低电压才有节电意义，且负载系数0越小，降压节电效果越好。4)当《值越接近1(额定运行时的铁耗越接近铜耗)的异步电动机，采用降压节电的效果越好。综合以上分析，对于恒转矩负载，调压节能主要是减少电动机的铁耗和铜耗，以提高电动机的效率[5]。(2)变转矩负载损耗分析变转矩负载的工作特性可用图所示图2.1变转矩负载工作特性曲线如图所示，当流量为额定值f,转速为额定值n时，阻力为曲线R,负载工作于ABB的面积表示。可见输出功率P略有下降。2如果当负载率降低时，相应降低端电压，电机转速降为n,负载工作于c点。这时在保证流量的前提下，电动机输出功率大幅下降，用四边形CPof面积表示。综上所述，对于变转矩负载，降低端电压不仅可以降低电动机本身的铁耗和铜耗，而且输出功率的降低进一步减小了电动机的输入功率，节能率更高。或者可