毕业论文：三相交流异步电动机节电保护器设计 ㊣ 精品文档 值得下载

机的起动电流。

常见的几种电动机节电保护器及其优缺点老式的转换节电电路这种方法适用于正常运行时定子绕组采用三角形接法在空载或轻载下启动的电动机。

图为种老式转换节能电路的原理图，该电路主要由电流继电器时间继电器热继电器以及相应的辅助电路构成。

其工作原理是当按下时，接触器，得电，电机在下启动。

限位开关受主轴操纵杆控制，主轴在运转时，闭合，时间继电器得电。

在空载或轻载时，定子电流小于电流继电器的整定值，不动作，电机保持在下运行。

如在重载下，得电，其常开触点闭合，中间继电器随之得电，切断了的线圈电路，同时得电，电机切换至下运行。

工作完毕后，通过主轴操纵杆使断开，失电，随之失电，线圈得电，电动机改为下运行。

此类节能电路控制方便无谐波污染。

但体积大重量大，需要加入保护电路，则其辅助电路与接线将变复杂，成本也会增加。

图电动机转换节能电路原理图电子式软启动器电子式软启动器的主电路般都采用晶闸管调压电路，启动时由单片机或其它智能控制系统控制晶闸管的导通角，进而使得电动机的端电压平滑上升。

在运行过程中可根据定子电流控制电动机的端电压，从而实现节能。

电子式软启动器的框图如图所示图电子式软启动器框图隔离开关电压采样电流采样保护键盘输入状态显示单片机系统通讯接口晶闸管脉冲隔离放大晶闸管监控数码管显示脉冲控制电流互感器电子式软启动器具有噪音小，无触点重量轻体积小电流检测精度高起动时间及起动电流可控制，起动过程平滑，起动转矩可根据负载情况灵活调整，起动电流可调，操作简单维护量小，可以频繁起动等优点。

图晶闸管调压主电路由于需要采用晶闸管控制，所以有控制复杂谐波污染严重等缺点。

对晶闸管门极触发的要求般应满足触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压电流应大于晶闸管要求的数值，并留有定余量触发脉冲的相位应在规定范围内移动触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步同频，且具有固定的相位关系，使每周期能在同样的相位上触发④触发波形定要满足要求。

单片机控制的转换节电保护器单片机控制的转换节电保护器是由单片机控制系统根据电流检测的结果判定是否进行切换，以及保护是否动作。

同上述两种节能器相比，单片机控制的转换节电保护器的优点十分明显成本低控制简单接线容易重量轻体积小无谐波污染切换与启动过程时间很短。

但由于使用转换节能保护器的电动机端电压只有和两种，所以般的转换节电保护器的节电效果不如电子式软启动器。

三相异步电动机转换节电原理三相异步电动机的功率损失分析电动机是靠电磁感应原理工作的，它向电网吸取能量，从轴上输出机械能。

在电能转换为机械能的过程中，不可避免地会有些能量损失。

电动机的功率损失包括铜损失铁损失机械损失和杂散损失。

铜损失电动机的铜损失包括定子铜损失和转子铜损失。

它们是由定子电流和转子电流流过定子转子绕组而产生的。

式中为定子每相电阻为定子每相电流。

式中，为转差率为电磁功率。

铁损失电动机的铁损失包括磁滞损失和涡流损失，它是铁芯在磁场中受交变磁化作用产生的。

式中，为常数为电源频率为磁通密度。

由于式中，为磁通量为定子绕组的感应电动势为定子绕组的相电压。

所以可以认为，铁损与端电压的平方成正比。

由于转子电源频率很低般只有，转子铁芯的损失很小，因此可以认为从空载到额定负载的范围内，电动机的铁损失仅是定子铁芯损失。

机械损失电动机的机械损失包括通风损失和轴承摩擦损失。

对于绕线式异步电动机而言，还包括滑环与电刷之间的摩擦损失。

通风损失大约和空气流通速度的立方成正比。

般说来，对于确定的在用电动机，可认为其机械损失为常量。

杂散损失电动机的杂散损失包括铁杂损失和铜杂损失。

铁杂损失发生在定子与转子的齿中，是由于齿磁通在转子旋转时发生脉动而产生的，通常称为脉动损失或表面损失。

可近似认为铁杂损失与外加电压的平方成正比。

铜杂损失是由于高次谐波磁势的影响产生的。

可近似认为铜杂损失与电流的平方成正比，随负载的变化而变化。

可见，杂散损失部分取决于电压，部分取决于电流。

总损失电动机的定子铜损失转子铜损失铁损失机械损失和杂散损失组成了电动机的总损失。

即电动机的功率图如图所示图电动机的功率图图中，为输入功率为机械功率为输用看门狗技术将跑飞的程序拉回到入口处。

主电路接线图及其工作过程以下是种使用该电动机转换节能保护器的电动机主电路接线图。

其中接触器，分别为控制电动机下下运行的接触器，为保护动作的接触器。

为启动按钮，为停止按钮。

保护器内的继电器为控制切换的继电器分别为单片机保护硬件保护的输出继电器。

图主电路接线图整个电路的工作过程如下启动状态输入。

保护器根据输入情况判断电动机在下或下启动，保护器得电与否决定了，得电与否，同时也决定了电动机在下还是在下启动。

电动机启动。

按下，得电，其常开触点闭合，电动机通电。

松开，此时的常开触点形成自锁，电动机持续通电。

电动机停车。

按下，失电，其常开触点断开，电动机从电网上切除。

松开，此时的常开触点己断开，电动机与电网无法再接通。

④电动机节电的切换。

电动机在下运行时，如在设定的时间内，保护器检测到电动机定子电流均小于额定电流与设定的临界负载率的乘积，则单片机发出切换信号控制继电器的常开触点闭合，线圈失电，线圈得电，电动机切换至下运行。

电动机在下运行时，如在设定的时间内，保护器检测到电动机定子电流均大于额定电流与设定的临界负载率的乘积，则单片机发出切换信号控制继电器的常闭触点闭合，线圈失电，线圈得电，电动机切换至下运行。

电动机保护动作。

如单片机检测到电动机己满足反时限过流保护或三相电流不平衡保护的动作条件，则继电器得电，其常闭触点断开，失电，其常开触点断开，电动机从电网上切除。

如电动机发生大电流短路，则硬件保护电路先于单片机保护电路动作，继电器先得电，其常闭触点断开，失电，其常开触点断开，电动机从电网上切除。

有关本设计的几点讨论有关空载电流对电路的影响当遇到由于大的空载电流，单片机无法仅根据定子电流判断电动机的实际负载大小。

如果设定保护器切换的电流为空载电流，则当实际负载增大到对应值时，由图及图可知，节能效果并不显著。

由于大部分电动机的空载电流设定在额定电流的，所以该电动机节能保护器只适用于空载电流较小的电动机。

究其原因，该问题是由于单片机未对电压电流之间的相位差进行采集所致。

如单片机采集了相电压，并根据相电压与相电流算出功率因数，则控制策略可改为根据相电流与功率因数来共同确定是否进行切换。

这样就可以解决空载电流对电动机节电保护器的应用场合的影响。

据此提出如下两种解决办法。

采用交流采样如采用交流采样作为电动机二次电压电流输入的方法，则单片机就可以根据电压信号与电流信号过零点的时间差得出功率因数角，并根据电流与功率因数角来共同确定是否进行切换。

与直流采样相对应，交流采样是另外种采样的方法。

交流采样基于在个周期内对交流量等间隔地进行次采样，并由这些采样值算出电压电流的有效值，功率因数等。

本设计具有以下特点采用单片机作为主控芯片转换器为单极性不直接采交流信号被采电量信号频率为电网频率，稳定性高。

据此，可采用种简化的积分法进行交流采样。

交流采样的输入是二次电压二次电流信号经整流以后的脉冲直流信号。

整流电路为图的线形整流电路去掉滤波电容。

现简述该算法如下单片机只对交流信号进行采样，般在个周期内采样次。

所得个周期内各采样点的结果的平均值就可作为交流信号的绝对值的平均值。

功率因数的算法是在采样程序捕捉到电压过零点时开始记数，每发生次中断，记数值加，直至采样程序捕捉到对应线电流的过零点。

由于中断是等时间间隔发生的，所以上述的记数值就对应于电压电流之间的相位差。

运算的精度取决于单片机在个周期内的采样次数。

如单片机只在个周期内采样次，则相位差的误差只有，完全满足该系统要求。

本系统采用交流采样的方法以后，对电动机额定电流额定电压与其对应的整流环节交流输入电压的校准方法大致与节所示相同。

所不同的点是采用交流采样后，校准的对象变成了整流环节的交流输入电压，即电流互感器并联精密电阻后再由电位器分压输出的交流电压信号，而不是整流环节的直流输出电压信号。

有关性价比正如节所述，公司的单片机是款自带资源较丰富，性价比较高的单片机。

本设计中，充分利用其自带的接口，用电位器代替了键盘显示器或液晶显示器等输入输出设备。

这不仅使得程序大为简化，同时也获得了较高的性价比。

结论结论本文针对客户的实际需要，对现有的异步电动机节能技术进行了分析与对比，在此基础上选用了单片机控制的转换节能保护器作为设计方案。

采用单片机以软件方式实现对转换的控制以及各种保护功能，从而实现了装置的数字化。

对于经常处于轻载或空载下运行的电动机，采用该节能设备可以收到明显的节能效果。

由于在设计过程中充分考虑到转换节能保护器在切换点附近发生频繁切换的问题以及单片机系统在较为恶劣的电磁环境下的抗干扰问题，并采取了些应对措施，整个装置运行稳定，并未发生接触器误动的情况。

采用单片机为主控芯片的异步电动机转换节能保护器具有稳定性高整机成本低能适用于各种功率规格的电动机等特点。

参考文献参考文献周国安异步电动机变换运行的节电原理及其效果电工技术周航慈系列单片机原理及应用设计北京航空航天大学出版社，李敏孟臣单片机控制三相异步电动机节能保护器的研制电工技术杂志王桂良单片微机实用技术四川大学出版社王益全张炳义等电机测试技术科学出版社崔实单片机在变换节能器中的应用电工技术陈众起三相异步电动机节能变换控制线路电工技术汤蕴燎等电机学机械工业出版社黄念慈异步电动机软起动节能器的研究和设计四川大学史玉升三相异步电动机的节能与安全监控电气传动徐甫荣交流异步电动机起动调速节能保护电工技术杂志康华光电子技术基础模拟部分高等教育出版社潘留占等单片机控制的三相电机保护器电工技术杂志王兰君电工实用线路例人民邮电出版社王晓君等及兼容单片机原理选型电子工业出版社侯崇升单片机控制的交流异步电动机节电器电气时代孟臣等三相异步电动机节电控制装置的研制黑龙江八农垦大学学报，余平异步电动机节电运行实例电工技术，附录致谢附录附录桌面主附录图电源单元控制主电路星角切换信号整流电路过流保护积分时域输入临界