三相異步電動機降壓節(jié)電運行應(yīng)用研究-

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文) 題 目：三相異步電動機降壓節(jié)電運行應(yīng)用研究 摘要 三相交流異步電動機的節(jié)電降壓運行一直都是電機領(lǐng)域研究的熱點,尤其是如何實現(xiàn)電機節(jié)能。本次設(shè)計著重從電機節(jié)能與降壓運行兩方面入手，分析運行電壓變化對電機損耗的影響；分析電機Y/切換降壓運行的工作原理、節(jié)能原理、節(jié)電效果、節(jié)能保護器的使用以及其抗干擾的方法；分析研究降壓運行對電機負載能力的及輸出轉(zhuǎn)矩的影響；研究降壓運行時電機過載保護的整定等問題。在此根底上提出由單片機控制異步電機Y/變換節(jié)能保護器的設(shè)計方案，并且針對老式電機Y/切換節(jié)能保護器在切換時出現(xiàn)的問題提出利用整定臨界負載與切換時間的解決方案。最后，通過一系列的實驗及材料

2、證明方案的可行性且到達了預(yù)期的效果。針對在方案中出現(xiàn)的問題進行更加深層次的探討，提出進一步的完善了本設(shè)計方案方法。關(guān)鍵詞：異步電動機;節(jié)能;Y/切換;單片機AbstractEnergy-saving three-phase AC induction motor is always running down a hot motor field of research, in particular how to achieve electrical energy. The design focuses on electrical energy and run down from two aspec

3、ts, analyze the impact of changes in operating voltage motor losses; analyzing motor Y / switching step-down operation works, energy principle, energy-saving effect, saving the protected use as well as its interference method; impact analysis study buck running motor load capacity and output torque;

4、 research buck runtime tuning motor overload protection and other issues. On this basis, put forward by the SCM induction motor Y / transform energy-protector design, and propose the use of tuning the critical load and switching time solutions switching energy-saving protection that occur when switc

5、hing problem for the old motor Y / . Finally, through a series of experiments and materials to prove the feasibility of the program and to achieve the desired effect. To explore more in depth against appearing in the scenario problem, further improvement of the present design methodKeywords：Inductio

6、n motor;Energy saving;Y / switch;Single-Chip Microcomputer目錄摘要 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc264273439 1 HYPERLINK l _Toc264273440 Abstract2 HYPERLINK l _Toc264273441 第1章 緒論5 HYPERLINK l _Toc264273442 1.1我國電機保護器的開展歷史及現(xiàn)狀簡介5 HYPERLINK l _Toc264273443 1.1.1熱繼電器5 HYPERLINK l _Toc264273444 1.1.2模擬電子式電動

7、機保護器電機保護器5 HYPERLINK l _Toc264273445 1.1.3數(shù)字電子式電動機保護器電機保護器5 HYPERLINK l _Toc264273446 1.2電動機節(jié)能的必要性6 HYPERLINK l _Toc264273447 1.3電能消耗原因與解決措施的初步分析6 HYPERLINK l _Toc264273448 1.4常用的電動機節(jié)能保護方法與分析6 HYPERLINK l _Toc264273449 1.4.1老式的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能電路6 HYPERLINK l _Toc264273450 1.4.2電子式軟啟動器8 HYPERLINK l _Toc2642734

8、51 1.4.3單片機控制的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護器8 HYPERLINK l _Toc264273453 第2章 三相異步電動機節(jié)能原理分析9 HYPERLINK l _Toc264273454 2.1三相異步電動機的功率損失9 HYPERLINK l _Toc264273455 電機銅損失()9 HYPERLINK l _Toc264273456 電機鐵損失()9 HYPERLINK l _Toc264273457 電機機械損失()9 HYPERLINK l _Toc264273458 電機其它損失()10 HYPERLINK l _Toc264273459 2.1.5總損失()10 HYPER

9、LINK l _Toc264273460 2.2/Y轉(zhuǎn)換的工作特性10 HYPERLINK l _Toc264273461 2.2.1 與關(guān)系分析11 HYPERLINK l _Toc264273462 2.2.2 與關(guān)系分析12 HYPERLINK l _Toc264273463 2.2.3 /Y轉(zhuǎn)換時與關(guān)系分析12 HYPERLINK l _Toc264273464 2.3/Y轉(zhuǎn)換的節(jié)能原理14 HYPERLINK l _Toc264273465 第3章 三相異步電動機節(jié)能保護器控制結(jié)構(gòu)的分析15 HYPERLINK l _Toc264273466 3.1單片機控制電路主芯片分析15 HY

10、PERLINK l _Toc264273467 3.2三相異步電動機/Y轉(zhuǎn)換節(jié)能保護器系統(tǒng)框圖16 HYPERLINK l _Toc264273468 第4章 三相異步電動機節(jié)能保護器的設(shè)計17 HYPERLINK l _Toc264273469 4.1電動機節(jié)能保護器的硬件電路設(shè)計與分析17 HYPERLINK l _Toc264273470 4.1.1線性整流濾波電路17 HYPERLINK l _Toc264273471 4.1.2硬件保護電路17 HYPERLINK l _Toc264273472 4.1.3保護器硬件抗干擾分析以及抗擾措施18 HYPERLINK l _Toc2642

11、73473 4.2電動機節(jié)能保護器的軟件電路設(shè)計與分析18 HYPERLINK l _Toc264273474 4.2.1程序流程圖與調(diào)試過程19 HYPERLINK l _Toc264273475 4.2.2保護器軟件抗干擾分析以及抗擾措施 PAGEREF _Toc264273475 h 20 HYPERLINK l _Toc264273476 第5章 Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護器電動機主電路接線圖及其工作過程22 HYPERLINK l _Toc264273477 第6章對影響電動機節(jié)能保護器設(shè)計過程的因素的討論 PAGEREF _Toc264273477 h 24 HYPERLINK l _Toc

12、264273478 6.1有關(guān)空載電流對保護器的影響 PAGEREF _Toc264273478 h 24 HYPERLINK l _Toc264273479 6.1.1采用交流采樣方法24 HYPERLINK l _Toc264273480 6.1.2采用鑒相器電路24 HYPERLINK l _Toc264273481 6.2 對于硬件保護有可能躲不開的下啟動電流分析25 HYPERLINK l _Toc264273482 6.3其他因素考慮25 HYPERLINK l _Toc264273483 總結(jié)26 HYPERLINK l _Toc264273484 致謝27 HYPERLINK

13、l _Toc264273485 參考文獻28第1章 緒論1.1我國電機保護器的開展歷史及現(xiàn)狀簡介我國的電機保護裝置進行完整的仿蘇聯(lián)對自己的設(shè)計，升級和智能化的開展階段。而且，由于微處理器技術(shù)在近幾年的開展，到電機保護向智能化，多功能的方向提供了一個硬件平臺，促使電機保護的快速開展。1.1.1熱繼電器在建國不久后，我們就推出了蘇聯(lián)的JR系列熱繼電器，開始其電動機保護行業(yè)在中國處于職業(yè)生涯的半個世紀。在電子行業(yè)熱繼電器尚不興旺的時代是電機過載保護，這是使用了雙金屬片熱效應(yīng)原理的第一選擇。然而，由于熱繼電器存在致命的缺陷，其中包括毛坯設(shè)定，受環(huán)境影響，重復(fù)性差，誤差大及功能單一，不能滿足日益增長的需

14、求，直到1996年八部委聯(lián)合下發(fā)了該淘汰的強制性文件。1.1.2模擬電子式電動機保護器電機保護器在上世紀七十年代和八十年代，隨著半導(dǎo)體的模擬設(shè)備的興起和普及，更有一批性能可靠，電子式電機保護電機保護器，電機的可靠運行功能多樣化的出現(xiàn)，提供了更可靠的保障的，但因為它的存在調(diào)諧的精度不高，采樣精度不高，不能到達的各種保護功能于一體的充分保護，并與社會的開展，對于的要求的保護也越來越高，電機保護純模擬線電機保護器正逐漸被取代其他更先進的技術(shù)產(chǎn)品。1.1.3數(shù)字電子式電動機保護器電機保護器這種電機保護電機保護器主要以單片機作為控制器，集成的智能電動機保護，有的還具有遠程通訊功能，可實現(xiàn)多達256個電機

15、聯(lián)網(wǎng)的PC機上實現(xiàn)全面的在線監(jiān)測和控制，采樣和調(diào)整精度一個質(zhì)的飛躍，采樣信號可以是非線性校準軟件，可實現(xiàn)真有效值計算，從而大大減少了信號波形失真的影響，真正實現(xiàn)了高采樣精度，在設(shè)置方面采用數(shù)字設(shè)定，自己的網(wǎng)站通過鍵盤用戶設(shè)置，沒有錯誤，但也設(shè)置了一些更科學(xué)的過載反時限曲線。因為使用單個芯片的使各種硬件在一個集成的保護成為可能的相同的條件下的功能。隨著微電子技術(shù)，電機保護器電機保護器正朝著智能化，集成化，高精度，高可靠性方向開展。1.2電動機節(jié)能的必要性 = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 電動機作為拖動系統(tǒng)中的重要組成局部，在國民經(jīng)濟中占重大比例，它幾乎應(yīng)用到了各行各業(yè)中，是人民正

16、常生活的重要前提。因此，保證電機節(jié)能顯得十分重要。 = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 我國現(xiàn)在服役的電機系統(tǒng)的總體水平相當于其他興旺國家50年代的水平，而我國現(xiàn)在制造的高效節(jié)能電機所占比例不超5%且?guī)缀跞隹趪?。因而電機節(jié)能在我國勢在必行。 = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 近幾年在我國的許多省、市出現(xiàn)了缺電的情況，許多地方因此而不得不實行錯峰用電，分段限電等。國家計委也對電機節(jié)能這方面的開展十分重視，并且在“十一五節(jié)能方案上專門提出，充分說明電機節(jié)能在我國開展中的地位。1.3電能消耗原因與解決措施的初步分析從?三相異步電動機經(jīng)濟運行?GB12497-1995標準

17、來看，在大局部企業(yè)應(yīng)用的電機運行狀態(tài)大致可以分為非經(jīng)濟運行狀態(tài)、允許運行狀態(tài)和經(jīng)濟運行狀態(tài)。電機之所以會大量消耗電能，主要是因為電機及其系統(tǒng)還在非經(jīng)濟運行狀態(tài)下運行，同時會大大影響企業(yè)的工作效益。糾其主要原因，其實是大局部企業(yè)在選配電機容量時，過于追求其較大的平安余量，層層加碼，造成電機容量過甚，出現(xiàn)“大馬拉小車的現(xiàn)象，使電機不能被最大化利用，電機的效率及功率因數(shù)降低;而且，許多企業(yè)在使用電機時采用直接起動，不僅造成對電網(wǎng)及拖動系統(tǒng)的沖擊和事故，其高強的起動電流也造成能量的損耗。因此，電機節(jié)能的兩個方法分別是： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 根據(jù)其負載的不同而調(diào)節(jié)電機的運行電

18、壓； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 降低其起動電流。1.4常用的電動機節(jié)能保護方法與分析1.4.1老式的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能電路這種電路通常應(yīng)用在電機空載或輕載下啟動，其定子繞組采用三角形接法。圖1老式電動機Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能電路原理圖該電路主要由LJ電流繼電器、KT時間繼電器、FR熱繼電器以及輔助電路組成。其工作原理是:啟動SB1，KMl, KM2通電，電機在Y的方式下啟動。SQ限位開光受主軸的控制，在主軸啟動時，SQ關(guān)閉，KT通電。在空載或輕載的情況下，定子通過的電流小于LJ的額定值，LJ保持原狀，電機仍在Y運轉(zhuǎn)。如果在重載地情況下，LJ通電，其常開開光閉合，KA中間繼電器通電KM2斷

19、開，KM3通電，電機變換為運行。完成后，主軸使SQ斷開，KT斷開，KM3斷開，KM2通電，電動機變換為丫運行。該種類形的節(jié)能電路控制方便、無諧波污染。但其體積過大、重量過大，保護電路的輔助電路與接線十分復(fù)雜，本錢也較高。1.4.2電子式軟啟動器該啟動器的主電路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，啟動時，通過單片機等控制系統(tǒng)控其導(dǎo)通角，從而使電機的端電壓穩(wěn)步提升。在運行過程中，根據(jù)定子電流控制電動機的端電壓，從而實現(xiàn)節(jié)能。電子式軟啟動器的框圖如圖2所示圖2電子式軟啟動器框圖該啟動器的啟動電流較小、轉(zhuǎn)矩平滑、噪音小、檢測電流的精度較高、起動時間可控、起動轉(zhuǎn)矩可調(diào)、起動電流可調(diào)、操作簡單、體積小，但其控制復(fù)雜

20、、有諧波污染嚴重且其價格昂貴，因而限制了它的使用范圍。1.4.3單片機控制的Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護器該節(jié)能保護器是根據(jù)電流檢測的結(jié)果由單片機控制其是否進行切換以及運行。同前面兩種節(jié)能器比擬，該節(jié)能保護器的優(yōu)點如下:本錢低廉、控制較為簡單、質(zhì)量輕、體積小、無諧波污染且切換與啟動時間短。但由于現(xiàn)在Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護器電機端電壓只有220V和380V兩種，所以其節(jié)能效果不如電子式軟啟動器。第2章 三相異步電動機節(jié)能原理分析2.1三相異步電動機的功率損失電動機的工作原理為電磁感應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，而在其能量轉(zhuǎn)換的過程中，有些能量的損失時不可防止的，如：銅損失、鐵損失、機械損失及其它一些較雜散的損失。電機銅

21、損失()電機的銅損失由兩局部組成: = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 定子電流通過定子繞組產(chǎn)生的銅損失； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 轉(zhuǎn)子電流通過轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的銅損失。二者的計算公式為： 其中，R1定子電阻;I1定子電流。 .其中，S轉(zhuǎn)差率;Pe電磁功率。電機鐵損失()電機的鐵損失包括兩個方面: = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 鐵芯在磁化過程中產(chǎn)生的磁滯損失； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 鐵芯在磁化過程中產(chǎn)生的渦流損失。二者的計算公式為： .其中，k常數(shù);電源頻率;磁通密度。 因 其中，磁通量;感應(yīng)電動勢(定子繞組；相電壓(

22、定子繞組。得出鐵損與相電壓的平方成正比。由上面二式可知，當很低時,轉(zhuǎn)子的鐵損幾乎可以忽略不計。因此在空載至額定負載范圍之內(nèi)，電機的鐵損幾乎為定子鐵損。電機機械損失()電機機械損失大致包括兩方面： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 通風(fēng)造成損失； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 軸承摩擦造成損失。其中通風(fēng)損失當時氣流速度的立方。一般情況下，我們認為電動機的機械損失為常量。電機其它一些損失()電機的其它一些損失主要包括鐵雜損與銅雜損。鐵雜損又稱脈動損或外表損，它是由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時齒磁通發(fā)生脈動而產(chǎn)生。與其外加電壓的平方成正比。高次諧波磁勢的影響是銅雜損產(chǎn)生的主要因素。其大

23、小隨負載的變化而變化，與電流的平方成正比。電機其它一些損失主要取決于電壓、電流。而其在電機總損失中所占的比例也較小，小型電機大約在1%3%，大型電機大約在5% 。2.1.5總損失()圖1-1 感應(yīng)電動機的功率圖圖中，為電機總輸入功率; 為電機總機械功率;為電機總輸出功率。由圖得： 2.2/Y轉(zhuǎn)換的工作特性施加到定子繞組上的相電壓是轉(zhuǎn)換Y后能否節(jié)能的核心問題，同時定子、轉(zhuǎn)子銅損是隨電動機負載變化而變化的。所以電動機總的損耗也是隨負載變化而變化的。電機工作特性，是指額定條件=380V，=50Hz時，電機在兩種接、Y接狀態(tài)下定子電流功率因數(shù)效率)與(負載率)(為電機的額定功率的關(guān)系。2.2.1 與關(guān)

24、系分析如下列圖所示:圖1-2三相交流異步電動機的定子一相等效電路圖1-3電動機的電流矢量圖由上圖可知：當電動空載時，轉(zhuǎn)差率0, /。此時轉(zhuǎn)子電流接為零，定子電流大約為激磁電流。即:定子空載電流 下面分析和隨其負載變化而變化的情況?？蛰d電流 電勢平衡條件 當電機由變?yōu)閅時，由于、很小，故E1隨U1的降低而降為時的倍。由可得，在電機由變?yōu)閅時，也為原來的倍。因而當電機由變?yōu)闉閅時，空載電流為時的。綜上所述，當電動機由變?yōu)閅時，空載電流將降為時的1/3.轉(zhuǎn)子折算電流由圖1-2得: 當電機由變?yōu)閅時，會隨的降低而減小，的增大而增大。同樣也會隨負載的增加而呈上升趨勢。由此可得圖如下：圖1-4 當電機在空

25、載時，Y接的空載電流大約為接時的1/3。輕載時，Y時小于時。當其增大到70%時，由于轉(zhuǎn)差率的提高與負載轉(zhuǎn)矩相平，使得在時小于Y時。2.2.2 與關(guān)系分析關(guān)系如下: 其中，為調(diào)壓系數(shù),(為額定電壓、為降壓運行電壓);當電機Y接時，空載電流系數(shù),，對于某些電機其為定值。 圖1-5 由圖可知，在Y時要高于時。2.2.3 /Y轉(zhuǎn)換時與關(guān)系分析關(guān)系如下: 式中，為額定轉(zhuǎn)差率;為降壓運行轉(zhuǎn)差率;為額定效率;為降壓運行效率。關(guān)系曲線如下列圖所示：圖1-6 由圖可知：當電機負載40%時，丫變換后電機轉(zhuǎn)矩會小于負載轉(zhuǎn)矩，而電機轉(zhuǎn)矩正比于端電壓平方，只有增大轉(zhuǎn)差率才能到達與之相平衡的狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)差率的增大，導(dǎo)致I

26、2增大值比I0的減少值更多，促使定子電流的增大，從而使定子和轉(zhuǎn)子銅損增大值超過鐵損的下降值，電動機的效率較之以前下降。2.3/Y轉(zhuǎn)換的節(jié)能原理該原理為：電機Y /轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在電機輕載或空載運行時，它可以接收顯著能源節(jié)約運行頻率，防止“大馬拉小車的現(xiàn)象出現(xiàn)。在通常情況下，當40%時，電機由變換為Y，I0下降，I2增加，但其增加量有限，從而使I1下降，PCu1 也隨之下降;由于U1的降低也使得PFe下降; cos隨之增大;隨之增大，使得電機的有功功率與無功功率下降，總損耗隨之下降。第3章 三相異步電動機節(jié)能保護器控制結(jié)構(gòu)的分析三相異步電動機節(jié)能保護器可以根據(jù)客戶具體要求的保護器性能來完成，進而實

27、現(xiàn)具體的保護功能。近年來保護器的開展迅速，并且更加智能化。本文中采用單片機芯片為主電路，進而分析研究對保護器的設(shè)計。3.1單片機控制電路主芯片分析本文中選擇的主芯片是自帶A/D轉(zhuǎn)換器的P87LPC767單片機。該芯片由PHILIPS公司生產(chǎn)。作為該公司小型封裝系列中的一員，其高速和低速的晶振和RC振蕩方式，較寬的操作電壓范圍，適用于集成度高、本錢低的地方，其20腳封裝，可編程I/O口線輸出模式，滿足了許多方面的性能要求。當其操作電壓范圍為+2.76.0VDC，VDD=2.74.5V時，時鐘頻率最大為10MHz，VDD=4.55.5V時，可到達的最大時鐘頻率是20MHz；內(nèi)部集成有128Byte

28、的RAM, 4KByte的OTP程序存儲器, 2個16位的定時/計數(shù)器，4路8位的單極性A/D轉(zhuǎn)換通道，32Byte用戶代碼區(qū)可用來存放序列碼及設(shè)置參數(shù)，2個模擬比擬器，8個鍵盤中斷輸入，另加2路外部中斷輸入，4個中斷優(yōu)先級，并自帶看門狗與電源監(jiān)控功能。P87LPC767單片機的引腳接線圖如下：圖3-1 P87LP0767單片機引腳圖這款單片機的A/D轉(zhuǎn)換參考電壓就是電源電壓，最小可以采用+3VDC，在本設(shè)計中采用+5VDC為單片機的電源電壓，由A/D轉(zhuǎn)換原理可得:單片機A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量的分辨率對應(yīng)為5/2560.02V在設(shè)計過程中，如充分利用由微控制器本身提供的硬件和軟件資源，并以簡單的外圍

29、接口電路，合理考慮到精度和誤差，并利用適當?shù)目刂撇呗缘母鞣矫婵梢允瓜到y(tǒng)完整的電機Y /轉(zhuǎn)換節(jié)能上實現(xiàn)更高的價格控制根本電機保護功能。3.2三相異步電動機/Y轉(zhuǎn)換節(jié)能保護器系統(tǒng)框圖根據(jù)本次設(shè)計的要求，確定系統(tǒng)的輸入、輸出以及對應(yīng)的實現(xiàn)方法。系統(tǒng)框圖如下：圖3-2 說明：由于單片機作為主控芯片相比于其他來說，它的運算能力不如其他，因此，在設(shè)計過程中為了防止其過多的進行運算，就用I1/IN取替臨界負載率作為輸入，便于計算。第4章 三相異步電動機節(jié)能保護器的設(shè)計4.1電動機節(jié)能保護器的硬件電路設(shè)計與分析4.1.1線性整流濾波電路由于P87LPC767單片機引腳較少，而本系統(tǒng)的輸入/輸出量占用的引腳較多

30、，這使得對程序存儲器EPROM的擴展非常困難。因而使用了直流采樣的方法， 直流采樣的特點： (1)直流采樣對A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率要求不高。 (2)直流采樣程序簡單，采樣后只需乘以相應(yīng)的標度系數(shù)便可得到電壓電流的有效值或功率值。 (3)直流采樣的變送器經(jīng)過了整流、濾波等環(huán)節(jié)，抗干擾能力較強。 (4)直流采樣輸入回路采用R-C濾波電路，相應(yīng)時間較長，使采樣的實時性較差。 (5)直流采樣誤差較大。變送器本身功率較大，使作為測量信一號源的TV/TA輸出精度下降;變送器的電路中采用的非線性元件引起誤差。 (6)穩(wěn)定性差，會發(fā)生零飄。 (7)直流采樣需要很多變送器，硬件數(shù)量多，接線繁瑣，占用平面多。其原

31、理圖如下：圖4-1 4.1.2硬件保護電路在系統(tǒng)運作的過程中，微機需保護的環(huán)節(jié)較多，導(dǎo)致電機運行較慢。假設(shè)沒能及時的做過流保護，可能會導(dǎo)致電機損害，甚至燒毀。出于這樣的情況，在本次設(shè)計中電動機硬件過流保護使用遲滯比擬器電路作為保護電路。圖4-2為其原理圖。圖4-2 4.1.3保護器硬件抗干擾分析以及抗擾措施在本次設(shè)計中，噪聲源的主要來源： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 電路元器件在系統(tǒng)工作時所產(chǎn)生的固有噪聲; = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 在切換時，保護器內(nèi)、外部的感性負載產(chǎn)生的噪聲; = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 在切換時，電動機接觸器產(chǎn)

32、生的噪聲; = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 電源供電時產(chǎn)生的噪聲等。措施： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 采用光耦隔離來降低切換時，保護器內(nèi)、外部的感性負載產(chǎn)生的噪聲； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 在繼電器上并聯(lián)二極管來降低繼電器產(chǎn)生的反電動勢噪聲； = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 在電源供電的輸入端并聯(lián)濾波電容來降低電源供電時產(chǎn)生的噪聲。通過以上幾種方式來降低電機或負載在系統(tǒng)運作時產(chǎn)生的噪聲干擾，符合本次電機節(jié)能的設(shè)計理念。4.2電動機節(jié)能保護器的軟件電路設(shè)計與分析系統(tǒng)軟件采用MCS-51匯編語言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，

33、主要由主程序、判斷啟動子程序、啟動延時子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、過流(反時限)判斷子程序、三相電流不平衡判斷子程序、判斷切換子程序等多個子程序組成。4.2.1程序流程圖與調(diào)試過程電動機節(jié)能保護器的程序流程圖如圖3-5所示。圖3-5 電動機節(jié)能保護器的程序流程圖4.2.2保護器軟件抗干擾分析以及抗擾措施在本次設(shè)計的系統(tǒng)中，當系統(tǒng)運行時，微機在執(zhí)行所設(shè)計的程序中，會因為一些因素主要為干擾信號的影響而使得程序的運行偏離正常的運行軌道，使程序運轉(zhuǎn)發(fā)生錯誤，出現(xiàn)偏差或其它嚴重的后果。為了防止此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，在設(shè)計該系統(tǒng)的運行程序時應(yīng)當參加抗干擾措施。其設(shè)計原理圖如下：CLR P0.2第5章 Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能

34、保護器電動機主電路接線圖及其工作過程圖5-1 三相異步電動機Y/轉(zhuǎn)換節(jié)能保護器主電路接線圖其中220VAC接觸器KM1, KM2分別為控制電動機下、Y下運行的接觸器，KM3為保護動作的接觸器。S2為啟動按鈕，S1為停止按鈕。保護器：ZJl控制Y切換，ZJ2用于單片機保護, ZJ3用于硬件保護。其工作流程為：啟動流程。首先保護器會依輸入信號判斷電機是在下啟動還是在Y下啟動。此情況為：假設(shè)電機輕載時，那么在Y下啟動;假設(shè)電機重載時，那么在下啟動。)其中，ZJl是否得電決定了KM1, KM2是否閉合，從而控制電機是在下啟動還是在Y下啟動。電機通電起動流程。閉合開關(guān)S2, KM3通電，其常開開關(guān)閉合，

35、電機通電運轉(zhuǎn)。翻開開關(guān)S2，KM3常開開關(guān)自鎖，電機繼續(xù)通電運轉(zhuǎn)。電機停止流程。閉合開關(guān)S1, KM3失電，其常開開關(guān)翻開，電機失電。翻開開關(guān)Sl，KM3常開開關(guān)己斷開，電機無法再得電。電機/Y轉(zhuǎn)換流程。單片時機根據(jù)電機定子電流、額定電流與臨界負載率的積兩者的大小關(guān)系，發(fā)出控制信號。當電機處于下運轉(zhuǎn)時，假設(shè)前者小于后者，那么發(fā)出控制信號，使ZJ1的常開開關(guān)閉合，KMl失電，KM2通電，電機那么變換為Y下運行。假設(shè)電機處于Y下運轉(zhuǎn)時，假設(shè)前者大于后者，那么發(fā)出控制信號，使ZJl的常閉開關(guān)閉合，KM1通電，KM2失電，電機變換為下運行。由于KM1、KM2二者線圈之間有互鎖，不會出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。電機

36、保護流程。假設(shè)電機在運行過程中出現(xiàn)三相電流不平衡或電流過大而超出限制，那么單片時機發(fā)出控制信號為：ZJ2通電，其常閉開關(guān)斷開，KM3失電，其常開開關(guān)斷開，電機失電。假設(shè)電機出現(xiàn)電流短路的現(xiàn)象，那么硬件保護電路會發(fā)出控制信號為：ZJ3通電，其常閉開關(guān)斷開，KM3失電，其常開開關(guān)斷開，電機失電。通過以上兩種方法使電機得到充分的保護，且控制系統(tǒng)較為簡單。第6章對影響電動機節(jié)能保護器設(shè)計過程的因素的討論6.1有關(guān)空載電流對保護器的影響空載電流可以認為都是無功電流，它越小電機的功率因數(shù)越高，電機端電壓越大；假設(shè)它過大，那么會導(dǎo)致微機無法依據(jù)定子電流來確定電機的實際負載大小。但空載電流也不能太小，不然會影

37、響電機的其他性能。一般小型電動機的空載電流約為額定電流的30%70%，大中型電機的空載電流約為額定電流的20%40%。所以這種節(jié)能保護器通常用于空載電流較小的電動機，因此限制了其使用范圍。這種問題的來源是單片機沒有對電壓、電流之間的相位差進行采集。如采集了其相電壓的話，就能根據(jù)相電壓、相電流得到功率因數(shù)，并由此共同確定電機是否進行/Y切換。這樣就能大大的擴大其實用范圍。解決方法如下：6.1.1交流采樣法交流采樣技術(shù)是按一定規(guī)律對被測信號的瞬時值進行采樣，再按一定算法進行數(shù)值處理，從而獲得被測量的測量方法。單片機根據(jù)電壓信號與電流信號過零點的時間計算得到功率因數(shù)角，并依據(jù)其數(shù)值來確定電機是否進行

38、/Y切換。通過上面對直流采樣與交流采樣的研究，我們可以設(shè)計采用簡化積分采樣方式進行采樣。在系統(tǒng)運行的過程中，微機采用A/D采樣對交流信號進行采樣，這樣，在一個周期內(nèi)進行采樣時，采樣信號的平均值可以用二進制運算取替換復(fù)雜的多字節(jié)除法運算，這樣不僅加快了其計算的速度，而且簡化了其設(shè)計應(yīng)用的程序，使微機的運行內(nèi)存的到緩解，提升電機的運行效率，從而實現(xiàn)節(jié)能。6.1.2鑒相器電路的應(yīng)用鑒相器phasedetector就是能夠鑒別出輸入信號的相差的器件，是使輸出電壓與兩個輸入信號之間的相位差有確定關(guān)系的電路。當電機接時，假設(shè)定子電流小于額定電流的40%,那么直接切換至Y下運行。如定子電流大于額定電流的40%，此時判斷功率因數(shù)角，假設(shè)功率因數(shù)角大于600,(對于工頻信號來說，電壓與電流的相位差約為3.3ms。那么切換至Y下運行;假設(shè)功率因數(shù)角小于600，那么不切換。當電動機在Y接下運行時，如定子電流大于額定電流的50%,那么