交流異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)電力畢業(yè)設(shè)計(jì)

1緒論幣210億元。如果這些異步電動(dòng)機(jī)能夠節(jié)電10%,就可節(jié)約21億元人民幣。2002年國(guó)家建設(shè)周期13~17年；核電每kWh需投資2~3元；其他能源(太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能等)每kWh需投資3~5元。若僅按中小功率異步電動(dòng)機(jī)節(jié)電10%計(jì)算，其使其隨負(fù)載的變化而變化。該類裝置空載時(shí)節(jié)電率為40%左右特色的中國(guó)人自己的節(jié)電產(chǎn)品來[1]。(1)調(diào)壓節(jié)能耗來提高效率。電機(jī)端電壓降低后，氣隙主磁通也成正比下降，由①*E?-U?;電機(jī)定子電流I?將上升，有中1/0*1/E?。這些變化對(duì)電機(jī)損耗產(chǎn)生影響，電壓下降適當(dāng)時(shí)，電(2)變頻節(jié)能變頻節(jié)能是對(duì)變頻器供電的異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)自動(dòng)控制，使電動(dòng)異步電機(jī)的啟動(dòng)性能較差，全壓?jiǎn)?dòng)電流約為額定電流的8～10倍，對(duì)于大功率電通過單片機(jī)控制的三相異步電動(dòng)機(jī)Y/D轉(zhuǎn)換節(jié)能器，可對(duì)電動(dòng)機(jī)的Y,D之間的轉(zhuǎn)換問題，對(duì)于變載工作的電動(dòng)機(jī)可取得較好的節(jié)能效果[2本論文將重點(diǎn)研究電機(jī)輕載時(shí)降低定子電壓提高功率因數(shù)的電機(jī)節(jié)能方式。調(diào)壓節(jié)能的主回路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路由六只兩兩反并聯(lián)的晶閘管組成，串接于電動(dòng)機(jī)的三相供電線路上，用單片機(jī)控制晶閘管觸發(fā)角a的電動(dòng)機(jī)的效率為輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比。電動(dòng)大約80%。在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的三種基本損耗中，定子、轉(zhuǎn)子的為了獲得最佳的節(jié)能效果和最好的運(yùn)行功率因數(shù)，控制，最小功率因數(shù)角控制和最小定子輸入功率控制。它們?cè)趯?shí)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(shí)際應(yīng)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(zhǔn)確測(cè)定電動(dòng)機(jī)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(jīng)驗(yàn)公式和簡(jiǎn)化公式，即使能找到精確的數(shù)學(xué)模型，由于電動(dòng)機(jī)參數(shù)隨著電動(dòng)機(jī)型號(hào)、加工工藝及電動(dòng)機(jī)老化等等因素而改變，再精確的數(shù)學(xué)模型也并不準(zhǔn)確了，所以采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)解析式方法進(jìn)行調(diào)壓控制很難達(dá)到滿意效果。因此，本文將采用模糊控制技術(shù)等人工智能控制技術(shù)尋找解決問題的突破口，用最簡(jiǎn)潔的方式，對(duì)電流過零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，通過比較器把電壓過零信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，便于單片機(jī)采經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算就可得到功率因數(shù)角。在節(jié)能控制器中，檢測(cè)到準(zhǔn)確的功率因數(shù)角是控制是否精確的關(guān)鍵，本系統(tǒng)使用晶閘管的基本特性，能精確測(cè)量信號(hào)的過零信息，而且不序模塊、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理，判斷電壓電流是否正常，若有故障則停機(jī)。電壓過零點(diǎn)到來時(shí)產(chǎn)生電壓中斷，中斷程序首先輸出觸發(fā)脈沖，計(jì)數(shù)；電流過零點(diǎn)到來時(shí)產(chǎn)生電流中斷，中斷程序關(guān)斷定時(shí)/計(jì)出與預(yù)先設(shè)定值的差值部分，最終計(jì)算出調(diào)壓比，得出PWM觸發(fā)脈沖[6]。(2)節(jié)能器的硬件設(shè)計(jì)與編程。(3)重點(diǎn)研究基于最小能耗的三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制器算法。(1)節(jié)能器功能設(shè)計(jì)包括軟啟動(dòng)、軟停車、節(jié)能控制、故障綜合保護(hù)。(2)研究軟啟動(dòng)算法、軟停車算法和節(jié)能控制算法。(3)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)硬件電路并編程。(1)基本的軟啟動(dòng)、軟停車、節(jié)能控制、綜合故障保護(hù)功能必需實(shí)現(xiàn)(2)單片機(jī)選用89C52,硬件設(shè)計(jì)要求操作簡(jiǎn)單，易擴(kuò)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(dòng)機(jī)的磁通和電動(dòng)勢(shì)隨之減小，鐵耗無疑將下降。但與此同時(shí)，電壓平方變化的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也迅速下降而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)只能依靠增大轉(zhuǎn)差率，提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)。轉(zhuǎn)差率的增大，引起轉(zhuǎn)電流增大，同時(shí)引起定子和轉(zhuǎn)子電壓這時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組溫升將會(huì)增高，效率將會(huì)下降，甚至發(fā)生規(guī)程都規(guī)定了電動(dòng)機(jī)正運(yùn)行時(shí)電壓變化范圍不得超過額定電壓的95%—110%。在降壓運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流增加的數(shù)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(dòng)機(jī)的總損耗可降低，定子溫升，運(yùn)行效率和功率因數(shù)同時(shí)得到改善。由此可見，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與電動(dòng)機(jī)負(fù)載率同運(yùn)行電壓是否合理匹配關(guān)系極大。理論分析表明電動(dòng)機(jī)的力能指標(biāo)(運(yùn)行效率與功率因數(shù))與其端電NNK為電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓系數(shù)，K=UU,(U和U為電動(dòng)機(jī)額定電壓和降壓運(yùn)u行時(shí)的實(shí)際電壓);K為電動(dòng)機(jī)的空載電流系數(shù)，K=》,(I和I為電動(dòng)機(jī)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(dá)到節(jié)電的目的，只有當(dāng)電壓降低程度大于轉(zhuǎn)差率及功率因數(shù)上升程度時(shí)，才能使運(yùn)行效率提高.實(shí)際上，電動(dòng)機(jī)效率隨電壓降低而變化的關(guān)系呈馬鞍形曲線，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)輸出功率(或負(fù)載系數(shù)),必然存在一個(gè)最佳調(diào)壓系數(shù)K,當(dāng)K=K時(shí)，電動(dòng)機(jī)的損耗最低，效率最高。K為電動(dòng)機(jī)的最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)。不同負(fù)載下最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)K可按電動(dòng)機(jī)的負(fù)載系數(shù)P由下式UmNP為電動(dòng)機(jī)的空載損耗(KW);0K為計(jì)算系數(shù)，K=0-%,(P^為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗(KW)NGB12497給出了輕載電動(dòng)機(jī)采用降壓節(jié)電措施后，節(jié)約電能的計(jì)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(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的無功功率(Kvar)Q為電動(dòng)機(jī)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(jīng)濟(jì)當(dāng)量，當(dāng)電動(dòng)機(jī)直連電機(jī)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(dòng)機(jī)年運(yùn)行時(shí)間(h)[16。2.1.2不同負(fù)載情況下的降壓節(jié)能分析根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的工作特性，可以將負(fù)載分為兩類：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和變轉(zhuǎn)矩負(fù)載。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載對(duì)電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩兀相對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n近似為常數(shù)。例如切削機(jī)床、傳送機(jī)、吊車等。變轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載對(duì)電動(dòng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩兀相對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。有較大變化。例如風(fēng)機(jī)，水泵等。對(duì)于這類負(fù)載其阻轉(zhuǎn)矩T可用下式表示：2(1)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載損耗分析異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率有如下關(guān)系：2對(duì)于三相異步電機(jī)，調(diào)整定子電壓時(shí)電動(dòng)機(jī)的速度變化很小，因此由上式可以認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的輸出功率幾乎不變。異步電機(jī)端電壓變化時(shí)，鐵耗與電壓平方成正比。且有如為電動(dòng)機(jī)在實(shí)際電壓下鐵耗；p為電動(dòng)機(jī)在額定電壓時(shí)的空載損耗；p為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗；K=里為電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓比；U為電動(dòng)機(jī)實(shí)際定子電壓；U為電N動(dòng)機(jī)額定電壓。電機(jī)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(fù)載系數(shù)下的最佳調(diào)壓比KdKiapM由以上分析可以得出如下結(jié)論：1)最佳調(diào)壓比與電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的耗損分布有關(guān)，一般異步電動(dòng)機(jī)有,即《>1,也就是說額定運(yùn)行時(shí)銅耗大于鐵耗，電動(dòng)機(jī)并0Q非運(yùn)行于損耗最小狀態(tài)。2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)，其最佳調(diào)壓丁時(shí)，但其值不能大于1.1。3)只有當(dāng)負(fù)載系數(shù)時(shí)，降低電壓才有節(jié)電意義，且負(fù)載系數(shù)0越小，降壓節(jié)電效果越好。4)當(dāng)《值越接近1(額定運(yùn)行時(shí)的鐵耗越接近銅耗)的異步電動(dòng)機(jī)，采用降壓節(jié)電的效果越好。綜合以上分析，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)壓節(jié)能主要是減少電動(dòng)機(jī)的鐵耗和銅耗，以提高電動(dòng)機(jī)的效率[5]。(2)變轉(zhuǎn)矩負(fù)載損耗分析變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的工作特性可用圖所示圖2.1變轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作特性曲線如圖所示，當(dāng)流量為額定值f,轉(zhuǎn)速為額定值n時(shí)，阻力為曲線R,負(fù)載工作于ABB的面積表示?？梢娸敵龉β蔖略有下降。2如果當(dāng)負(fù)載率降低時(shí)，相應(yīng)降低端電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)速降為n,負(fù)載工作于c點(diǎn)。這時(shí)在保證流量的前提下，電動(dòng)機(jī)輸出功率大幅下降，用四邊形CPof面積表示。綜上所述，對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，降低端電壓不僅可以降低電動(dòng)機(jī)本身的鐵耗和銅耗，而且輸出功率的降低進(jìn)一步減小了電動(dòng)機(jī)的輸入功率，節(jié)能率更高?；蛘呖?/p>