交流異步電動機節(jié)能運行控制系統(tǒng)電力畢業(yè)設計

1緒論幣210億元。如果這些異步電動機能夠節(jié)電10%,就可節(jié)約21億元人民幣。2002年國家建設周期13~17年；核電每kWh需投資2~3元；其他能源(太陽能、風能、海洋能等)每kWh需投資3~5元。若僅按中小功率異步電動機節(jié)電10%計算，其使其隨負載的變化而變化。該類裝置空載時節(jié)電率為40%左右特色的中國人自己的節(jié)電產品來[1]。(1)調壓節(jié)能耗來提高效率。電機端電壓降低后，氣隙主磁通也成正比下降，由①*E?-U?;電機定子電流I?將上升，有中1/0*1/E?。這些變化對電機損耗產生影響，電壓下降適當時，電(2)變頻節(jié)能變頻節(jié)能是對變頻器供電的異步電動機實現(xiàn)功率因數自動控制，使電動異步電機的啟動性能較差，全壓啟動電流約為額定電流的8～10倍，對于大功率電通過單片機控制的三相異步電動機Y/D轉換節(jié)能器，可對電動機的Y,D之間的轉換問題，對于變載工作的電動機可取得較好的節(jié)能效果[2本論文將重點研究電機輕載時降低定子電壓提高功率因數的電機節(jié)能方式。調壓節(jié)能的主回路一般都采用晶閘管調壓電路由六只兩兩反并聯(lián)的晶閘管組成，串接于電動機的三相供電線路上，用單片機控制晶閘管觸發(fā)角a的電動機的效率為輸出機械功率與輸入電功率之比。電動大約80%。在電動機工作時的三種基本損耗中，定子、轉子的為了獲得最佳的節(jié)能效果和最好的運行功率因數，控制，最小功率因數角控制和最小定子輸入功率控制。它們在實施中取得了較好的節(jié)能效果。然而這些研究也顯示出某些不足，在實際應用中，由于缺乏系統(tǒng)的理論分析與完由于采用minPin法必須準確測定電動機定子電流及電壓與電流的相位差，所以從控制器目前所能找到的公式大多是經驗公式和簡化公式，即使能找到精確的數學模型，由于電動機參數隨著電動機型號、加工工藝及電動機老化等等因素而改變，再精確的數學模型也并不準確了，所以采用傳統(tǒng)的數學解析式方法進行調壓控制很難達到滿意效果。因此，本文將采用模糊控制技術等人工智能控制技術尋找解決問題的突破口，用最簡潔的方式，對電流過零點進行檢測，通過比較器把電壓過零信號轉換成方波信號，便于單片機采經單片機運算就可得到功率因數角。在節(jié)能控制器中，檢測到準確的功率因數角是控制是否精確的關鍵，本系統(tǒng)使用晶閘管的基本特性，能精確測量信號的過零信息，而且不序模塊、數據處理模塊。主程序模塊主要完成控制系統(tǒng)軟件及硬件的初始化，電壓、電流采樣數據送入數據處理模塊進行處理，判斷電壓電流是否正常，若有故障則停機。電壓過零點到來時產生電壓中斷，中斷程序首先輸出觸發(fā)脈沖，計數；電流過零點到來時產生電流中斷，中斷程序關斷定時/計出與預先設定值的差值部分，最終計算出調壓比，得出PWM觸發(fā)脈沖[6]。(2)節(jié)能器的硬件設計與編程。(3)重點研究基于最小能耗的三相異步電動機節(jié)能控制器算法。(1)節(jié)能器功能設計包括軟啟動、軟停車、節(jié)能控制、故障綜合保護。(2)研究軟啟動算法、軟停車算法和節(jié)能控制算法。(3)設計出系統(tǒng)硬件電路并編程。(1)基本的軟啟動、軟停車、節(jié)能控制、綜合故障保護功能必需實現(xiàn)(2)單片機選用89C52,硬件設計要求操作簡單，易擴展，抗干擾，LED顯示2節(jié)能器節(jié)能控制原理和控制策略電動機的磁通和電動勢隨之減小，鐵耗無疑將下降。但與此同時，電壓平方變化的電動機轉矩也迅速下降而小于負載轉矩，電動機只能依靠增大轉差率，提高電磁轉矩以達到與負載轉矩相平衡的狀態(tài)。轉差率的增大，引起轉電流增大，同時引起定子和轉子電壓這時電動機繞組溫升將會增高，效率將會下降，甚至發(fā)生規(guī)程都規(guī)定了電動機正運行時電壓變化范圍不得超過額定電壓的95%—110%。在降壓運行時，轉子電流增加的數值有限。而另一方面，卻由于電壓的降低，使空載電流和鐵損大幅減少。在這種情況下，電動機的總損耗可降低，定子溫升，運行效率和功率因數同時得到改善。由此可見，電動機的運行經濟性與電動機負載率同運行電壓是否合理匹配關系極大。理論分析表明電動機的力能指標(運行效率與功率因數)與其端電NNK為電動機的調壓系數，K=UU,(U和U為電動機額定電壓和降壓運u行時的實際電壓);K為電動機的空載電流系數，K=》,(I和I為電動機的額定電流)從公式(2.2)不難看出：并不是所有的降壓行為都能達到節(jié)電的目的，只有當電壓降低程度大于轉差率及功率因數上升程度時，才能使運行效率提高.實際上，電動機效率隨電壓降低而變化的關系呈馬鞍形曲線，對應于每一個輸出功率(或負載系數),必然存在一個最佳調壓系數K,當K=K時，電動機的損耗最低，效率最高。K為電動機的最佳電壓調節(jié)系數。不同負載下最佳電壓調節(jié)系數K可按電動機的負載系數P由下式UmNP為電動機的空載損耗(KW);0K為計算系數，K=0-%,(P^為電動機的機械損耗(KW)NGB12497給出了輕載電動機采用降壓節(jié)電措施后，節(jié)約電能的計算公式為節(jié)約的有功功率AP為：節(jié)約的無功功率AQ為：其中：為電動機帶額定負載時的無功功率(Kvar)Q為電動機的空載無功功率(Kvar)0節(jié)約的電能AA為：Ck其中：k為無功經濟當量，當電動機直連電機母線k=0.02一0.04,二次變壓取=0.05-0.07,三次變壓取k=0.08一0.10;Tec為電動機年運行時間(h)[16。2.1.2不同負載情況下的降壓節(jié)能分析根據異步電動機所驅動負載的工作特性，可以將負載分為兩類：恒轉矩負載和變轉矩負載。恒轉矩負載是指負載對電動機的阻轉矩兀相對于電動機轉速n近似為常數。例如切削機床、傳送機、吊車等。變轉矩負載是指負載對電動機的阻轉矩兀相對于電動機轉速。有較大變化。例如風機，水泵等。對于這類負載其阻轉矩T可用下式表示：2(1)恒轉矩負載損耗分析異步電動機的輸出轉矩和輸出功率有如下關系：2對于三相異步電機，調整定子電壓時電動機的速度變化很小，因此由上式可以認為電動機的輸出功率幾乎不變。異步電機端電壓變化時，鐵耗與電壓平方成正比。且有如為電動機在實際電壓下鐵耗；p為電動機在額定電壓時的空載損耗；p為電動機的機械損耗；K=里為電動機的調壓比；U為電動機實際定子電壓；U為電N動機額定電壓。電機銅耗與電流平方成正比，并且有下式成立：虬二0,可求得在此負載系數下的最佳調壓比KdKiapM由以上分析可以得出如下結論：1)最佳調壓比與電動機額定運行時的耗損分布有關，一般異步電動機有,即《>1,也就是說額定運行時銅耗大于鐵耗，電動機并0Q非運行于損耗最小狀態(tài)。2)當電動機滿載運行時，其最佳調壓丁時，但其值不能大于1.1。3)只有當負載系數時，降低電壓才有節(jié)電意義，且負載系數0越小，降壓節(jié)電效果越好。4)當《值越接近1(額定運行時的鐵耗越接近銅耗)的異步電動機，采用降壓節(jié)電的效果越好。綜合以上分析，對于恒轉矩負載，調壓節(jié)能主要是減少電動機的鐵耗和銅耗，以提高電動機的效率[5]。(2)變轉矩負載損耗分析變轉矩負載的工作特性可用圖所示圖2.1變轉矩負載工作特性曲線如圖所示，當流量為額定值f,轉速為額定值n時，阻力為曲線R,負載工作于ABB的面積表示?？梢娸敵龉β蔖略有下降。2如果當負載率降低時，相應降低端電壓，電機轉速降為n,負載工作于c點。這時在保證流量的前提下，電動機輸出功率大幅下降，用四邊形CPof面積表示。綜上所述，對于變轉矩負載，降低端電壓不僅可以降低電動機本身的鐵耗和銅耗，而且輸出功率的降低進一步減小了電動機的輸入功率，節(jié)能率更高?；蛘呖?/p>