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(chǎn)品來[1]。(1)調(diào)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(chǎn)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(shù)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(zhuǎn)換節(jié)能器，可對電動機的Y,D之間的轉(zhuǎn)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(shù)的電機節(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(zhuǎn)子的為了獲得最佳的節(jié)能效果和最好的運行功率因數(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(jīng)驗公式和簡化公式，即使能找到精確的數(shù)學模型，由于電動機參數(shù)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(shù)學模型也并不準確了，所以采用傳統(tǒng)的數(shù)學解析式方法進行調(diào)壓控制很難達到滿意效果。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(zhuǎn)換成方波信號，便于單片機采經(jīng)單片機運算就可得到功率因數(shù)角。在節(jié)能控制器中，檢測到準確的功率因數(shù)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(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(chǎn)生電壓中斷，中斷程序首先輸出觸發(fā)脈沖，計數(shù)；電流過零點到來時產(chǎn)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(diào)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(zhuǎn)矩也迅速下降而小于負載轉(zhuǎn)矩，電動機只能依靠增大轉(zhuǎn)差率，提高電磁轉(zhuǎn)矩以達到與負載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)。轉(zhuǎn)差率的增大，引起轉(zhuǎn)電流增大，同時引起定子和轉(zhuǎn)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(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，電動機的總損耗可降低，定子溫升，運行效率和功率因數(shù)同時得到改善。由此可見，電動機的運行經(jīng)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(shù))與其端電NNK為電動機的調(diào)壓系數(shù)，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(shù)，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(zhuǎn)差率及功率因數(shù)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(shù)),必然存在一個最佳調(diào)壓系數(shù)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(diào)節(jié)系數(shù)。不同負載下最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)K可按電動機的負載系數(shù)P由下式UmNP為電動機的空載損耗(KW);0K為計算系數(shù)，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(jīng)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(jù)異步電動機所驅(qū)動負載的工作特性，可以將負載分為兩類：恒轉(zhuǎn)矩負載和變轉(zhuǎn)矩負載。恒轉(zhuǎn)矩負載是指負載對電動機的阻轉(zhuǎn)矩兀相對于電動機轉(zhuǎn)速n近似為常數(shù)。例如切削機床、傳送機、吊車等。變轉(zhuǎn)矩負載是指負載對電動機的阻轉(zhuǎn)矩兀相對于電動機轉(zhuǎn)速。有較大變化。例如風機，水泵等。對于這類負載其阻轉(zhuǎn)矩T可用下式表示：2(1)恒轉(zhuǎn)矩負載損耗分析異步電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率有如下關系：2對于三相異步電機，調(diào)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(diào)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(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(diào)壓丁時，但其值不能大于1.1。3)只有當負載系數(shù)時，降低電壓才有節(jié)電意義，且負載系數(shù)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(zhuǎn)矩負載，調(diào)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(zhuǎn)矩負載損耗分析變轉(zhuǎn)矩負載的工作特性可用圖所示圖2.1變轉(zhuǎn)矩負載工作特性曲線如圖所示，當流量為額定值f,轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。或者可