電動(dòng)機(jī)節(jié)能器的研制

本文討論了異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能運(yùn)行時(shí)的原理及控制策略，設(shè)計(jì)了基于PWM技術(shù)的交流電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置；運(yùn)用saber仿真軟件對(duì)給出控制方法和設(shè)計(jì)調(diào)壓電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。最后試驗(yàn)結(jié)果，表明本節(jié)能器達(dá)到預(yù)期的要求。
[關(guān)鍵字] 異步電動(dòng)機(jī)? 降壓節(jié)能? 軟起動(dòng)
The Development of a Controller of Energy-Saving for the Asynchronous Motor
Abstract: The principle and the strategy on controlling the asynchronous motor are given in this paper. The controller of energy-saving for the asynchronous motor is designed basing on PWM and is simulated by saber. Experimental results have performance on soft-starting and shown clearly that the controller has good energy-saving.
Key words:? asynchronous machine? energy-saving by voltage reduction? protect soft-start
1、?引言
異步電動(dòng)機(jī)作為最重要的動(dòng)力裝置，在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，是電能的主要消耗者。單就我國而論，異步電機(jī)廣泛應(yīng)用于各類電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，耗用電能約占全國耗電總量的50%以上。電動(dòng)機(jī)一般都是按照最大負(fù)載下能正常工作為條件來選擇的，但在實(shí)際使用中，電機(jī)卻經(jīng)常是在中載、輕載，甚至在空載狀態(tài)下運(yùn)行。因此，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率低，其效率和功率因數(shù)較低，造成很大的電能浪費(fèi)，所以研究異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)降耗及節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1?3]。
2、節(jié)能原理
眾所周知，電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載的情況下工作效率最高，而在輕載或空載狀態(tài)下的工作效率是非常低的。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)要連續(xù)工作，必須消耗一定的能量以提供磁場(chǎng)。當(dāng)供給電動(dòng)機(jī)的端電壓恒定時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)也保持恒定。在額定轉(zhuǎn)速下，磁場(chǎng)消耗的能量保持恒定，與負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，支持負(fù)載轉(zhuǎn)矩的能量大小取決于電磁轉(zhuǎn)矩的大小。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會(huì)稍微下降(轉(zhuǎn)差率增大)，使得感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流上升以增加電磁轉(zhuǎn)矩。相反，如果需要的負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少，轉(zhuǎn)子電流下降定子電流也相應(yīng)下降。但在端電壓恒定的情況下，定子提供磁場(chǎng)的電流在任何負(fù)載轉(zhuǎn)矩條件下將保持恒定。結(jié)果是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率隨負(fù)載的減少而降低。因此，改變電機(jī)的工作電壓，提高輕/空載的工作效率。使加在電動(dòng)機(jī)上的電壓大小跟隨負(fù)載變化，負(fù)載輕時(shí)電壓也低，這樣降低了電動(dòng)機(jī)的有功功率、無功功率及其損耗達(dá)到節(jié)能的目的。
目前的電動(dòng)機(jī)輕載調(diào)壓節(jié)能控制，較多采用以功率因數(shù)角為控制量，針對(duì)實(shí)際負(fù)載率相應(yīng)調(diào)節(jié)定子電壓，使電動(dòng)機(jī)保持較高的功率因數(shù)，同時(shí)兼顧效率。但在實(shí)用上存在功率因數(shù)角難以準(zhǔn)確測(cè)量的缺點(diǎn)，而且在不同的負(fù)載率下并不一定取得充分的節(jié)能效果。而我們采用易于實(shí)現(xiàn)的負(fù)載電流控制法[2]，即在近似條件下，只要使電機(jī)定子電壓隨定子電流按一定比例變化就能保持電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行，故以電動(dòng)機(jī)的定子電壓與定子電流的比值作為控制目標(biāo)，當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)，通過改變電動(dòng)機(jī)定子電壓，維持定子電壓與定子電流的比值不變，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能運(yùn)行。