【毕业设计】交流异步电机的节能技术研究毕业设计说明书 ㊣ 精品文档 值得下载

学有效的电能利用及电能质量管理手段，企业般都不知道电能主要消耗在什么地方，电能质量有没有被污染以及污染程度有多大不清楚什么时间消耗了多少，不明白电能浪费的漏洞在哪里，更不清楚改善的机会有哪些，怎么样改善。

异步电机软启动与节能运行技术的重要意义电机是工业生产中最重要的拖动设备之，交流异步电机由于结构简单维修容易等优点，被广泛应用于工农业及其他生产当中。

但电机直接启动时的电流过大，启动瞬间转矩造成的机械冲击也会影响其本身及拖动设备的使用寿命，过大的启动电流还加速了电机绝缘老化。

电机启动时会引起较大的电网压降，影响电网供电和其他设备运行。

频繁启动电机的场合，还会因电机的短路缺相过流欠压堵转等故障影响设备运行。

因此，宜采用软启动控制技术，改善电机的不良启动性能，延长电机寿命，减少电网冲击。

据不完全统计，电机的用电量已占到我国发电总量的，研究电机节能运行技术具有很强的现实意义。

由电机学理论可知，异步电机运行在额定负载时效率最高，通常可达左右其负载越小，效率和功率因数就越低。

多数电机，其大部分运行时间内的负荷率都在，实际运行效率较低而电机选型时又是按照需要的最大负载和最坏情况下所需要的功率而定的，因此在大部分时间内，电机都运行在效率较低的轻载情况下。

在轻载情况下降低电机电压，既提高了其运行效率，也可以显著节省电能。

异步电机软启动技术概述由于工业生产机械的不断更新和发展，对电机的起动性能提出了越来越高的要求，归纳起来有以下几个方面要求电机有足够大的，并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线尽可能小的起动电流起动设备尽可能简单经济可靠，起动操作方便起动过程中的功率损耗应尽可能的少。

根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况，通常采用的起动方式有两种种是在额定电压下的直接起动方式，另种是降压起动方式。

直接起动的危害直接起动是最简单的起动方式，起动时通过闸刀或接触器将电机直接接到电网上。

直接起动的优点是起动设备简单，起动速度快，但是直接起动的危害很大电网冲击过大的起动电流空载起动电流可达额定电流的倍，带载起动时可达倍或更大，会造成电网电压下降，影响其他用电设备的正常运行，还可能使欠压保护动作，造成设备的有害跳闸。

同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命机械冲击过大的冲击转矩往往造成电机转子笼条端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损，导致击穿烧机，转轴扭曲，联轴节传动齿轮损伤和皮带撕裂等对生产机械造成冲击起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道阀门的损伤，缩短使用寿命影响传动精度，甚至影响正常的过程控制。

所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁，同时也造成过大的起动能量损耗，尤其当频繁起停时更是如此。

因此对电机直接起动有以下限制条件生产机械是否允许拖动电机直接起动，这是先决条件电机的容量应不大于供电变压器容量的起动过程中的电压降应不大于额定电压的。

对于中大功率的电机般都不允许直接起动，而要求采用定的起动设备，方可完成正常的起动工作。

老式降压起动方式的适用场合及性能比较降压起动的目的是减小起动电流，但它同时也使起动转矩下降了。

对于重载起动，带有大的峰值负载的生产机械，就不能用这种方式起动。

传统的降压起动有以下几种方法星形三角形转换器这种方法适用于正常运行时定子绕组采用接法的电机。

定子有六个接头引出，接到转换开关上，起动时采用星形接法，起动完毕后再切换成接法。

起动电压为，运行电压为。

这种起动设备的优点是起动设备简单，起动过程中消耗能量少。

缺点是有二次电流冲击，设备故障率高，需要经常维护，所以不宜使用在频繁起动的设备上。

在转换过程中，由于瞬变电势和电机剩磁产生的电势往往与电源电压有相位差，严重时会产生电压相加，引起过大的冲击电流和电磁转矩，因此大大地限制了它的使用。

由于起动电压为运行电压的，故其起动转矩为额定转矩的，只能用在空载或轻载负载率小于起动的设备。

在电机轻载或空载运行时，也可利用该起动设备作降压运行，以提高电机的功率因数和效率。

自耦变压器降压起动三相自耦变压器也称补偿器高压边接电网，低压边接电机，般有几个分接头，可选择不同的电压比，相对于不同起动转矩的负载。

在电机起动后再将其切除。

其优点是起动电压可以选择，如或，以适应不同负载的要求。

缺点是体积大，重量重，且要消耗较多有色金属，故障率高，维修费用高。

磁控软起动器磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理，在电机起动过程中电压可由个较低的值平滑地上升到全压，使电机轴上的转矩匀速增加，起动特性变软，并可实现软停车。

但其起控电压在左右，用户不可调整，会有较大的电流冲击，且体积较大。

串联电抗器或水电阻对于高压电机，可在定子线路中串联电抗器或水电阻实现降压起动，待起动完成后再将其切除。

但电抗器成本高，水电阻损耗又大。

串接频敏变阻器或水电阻对于绕线式异步电机，可在转子绕组串接频敏变阻器或水电阻实现起动，待起动完成后再将其切除。

但频敏变阻器成本高，而水电阻损耗又大。

其他还有延边三角形起动，定子串电阻起动等方法。

值得指出的是尽管各种老式降压起动方法各有其优缺点，但它们有个共同的优点就是没有谐波污染。

软启动器的工作方式及适用场合随着电力电子技术和微机控制技术的发展，国内外相继开发出系过流软起动，且可提供倍额定转矩的起动转矩，特别适用于重载起动。

软启动器的缺点是不能长时间应用于启动转矩要求很高的电机驱动装置上。

这是因为电机软启动器实际上是将自身电压斜坡式抬升至最大值，停机过程中又逐渐下降至设定的关机水平来完成工作的。

由于转矩与电压平方成正比，连接电机无法开始就达到最大转矩，因此软启动器更适合于风扇电梯水泵传送带等轻型易启动设备。

软起动器与传统降压起动器的比较软起动器与传统降压起动器的性能比较见表。

传统启动与软启动异步电机的传统启动方式有全压启动星三角降压启动和自耦降压启动等。

前者启动电流大，倍的启动电流造成能量的巨大消耗，对电网和变压器也有很大冲击，影响电机本身及控制期间的寿命后两者启动电流较小，但同样存在冲击电流，设备故障率较高，同时启动转矩降低，启动时间延长。

所谓软启动，就是按预先设定的控制模式进行的电机降压启动过程。

交流电机启动时的电流般是额定电流的倍，软启动的主要目的是降低异步电机的启动电流，提高系统运行稳定性，延长电机及相关设备的使用寿命。

节能运行技术发展现状节能运行的基本原理电机效率是电机输出功率与输入功率比值的百分数。

因为电机的输入功率并不仅用来驱动电机在轴上输出功率，还有部分成为电机的固有损耗，所以电机效率总是小于。

电机的主要损耗为铁耗和铜耗，其中铜耗是电流经过电机绕组产生，与电流平方成正比铁耗是电机定子和转子铁心中的励磁电流而产生，与供电电压成正比。

其他损耗很小可忽略。

若电压不变而电机负载变化，则与电压成正比的励磁电流基本不变，电机从电网吸取的无功功率也不变，但电机吸收的有功功率是随负载增加而增大的。

因此，电机在空载和轻载时功率因数很低，同时由于与负载电流成正比的可变损耗降低使电机的效率也大大下降。

如能在负载减轻的同时，相应降低电机端电压，则励磁电流随之减小，下降，从而提高了功率因数同时，定子铁损耗下降，可较大地提高效率，达到节电的目的。

节能运行在软启动器上的实现为获得最佳的节能效果，人们提出很多电机端电压优化调节原则，如恒功率因数控制最小定子电流控制最小功率因数角控制和最小定子输入功率控制等，但最为重要的因素应是功率因数角定义的工程实用性。

异步电机通常总在全压下运行，电机从空载到满载，磁场几乎不变。

因此磁化电流在所有负载下基本相同。

当电机工作在空载或轻载时功率因数很低，造成电机效率低。

如在轻载时适当降低端电压，则定子电流中的无功分量将减小，从而使功率因数上升。

由此可见，功率因数既能反映电机负载的变化，又能反映供电电压波动，是个理想的控制参数。

因此，恒功率因数控制成为目前在异步电机节能运行技术中采用最多的控制策略。

其原理方框图如图所示。

图利用软启动器实现节能运行，就是单片机通过不断检测电机运行时的功率因数角，并与设定的功率因数角比较，根据比较结果自动地调节软启动器可控硅的导通角，数值低表明是轻载，要降低电机的端电压数值高表明是重载，则需升高电机的电压。

如此来，实现了可控硅输出电压的自动调节，使电机始终工作在设定的功率因数下，减少了电机轻载运行时的损耗，提高了电机运行效率，从而达到节能的目的。

软启动器的基本原理电机软启动器控制原理图图软启动器控制原理图软启动器的晶闸管调压电路由个晶闸管两两反向并联组成，串接于交流异步电机的三相供电线路之上。

图加入启动信号后，系统软件首先施加若干毫秒的固定延时用于系统自检，然后进行有关计算，输出晶闸管触发信号，通过控制晶闸管导通角，使启动器按所设计的模式调节输出电压控制电机的启动过程。

启动过程完成后，单片机再发出控制信号，启动器将用于短接可控硅的旁路接触器吸合，短路掉所有的晶闸管，使单片机控制系统停止工作，电机直接投入电网运行，避免不必要的电能损耗。

图软起动器是电力电子技术与自动控制技术相结合的产物，其电路原理如图所示。

将三组反并联晶闸管串接于供电电源与被控电机之间。

起动时，由电子电路控制晶闸管的导通角，使电机的端电压逐渐增大，直至全电压，使电机实现无冲击软起动停机时，则控制晶闸管的关断速度，使电机的端电压由全电压逐渐下降至零，实现软停车，可见，软起动器实际上是个晶闸管交流调压器。

改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。

在整个起动过程中，软起动器的输出是个平滑的升压过程且可具有限流功能，直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。

图是系列软启动器产品的原理图，图中的元件如下电路板温度监视器连接端子继电器，在运行状态时动作继电器，在全压状态时动作继电器，故障信号电流互感器控制变压器晶闸管端子板。

另外，根据功率范围，还有两组或三组风扇作为标准配置。

根据不同的应用要求，还可选择过载保护器。

在图中，三只晶闸管依次对应于三相电源的正半周，开通角相同，故三相的触发脉冲应依次相差每相的正负半周依次分别由反并联的两只晶闸管触发控制，所以同相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差，触发顺序是，依次相差。

图软启动器原理框图