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具有噪音小，无触点重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，主轴在运的端电压限制电动机的起动电流。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转换节能电因数降低由于大部分电机采用直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外，倍的起动电流也造成能量的消耗。可见，研究三相交流异步电动机的节能需从以下两方面入手根据负载情况调节电动机用。电能的浪费大致是由以下几种情况造成的在进行电动机容量选配时，往往片面的追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机的容量过大，造成大马拉小车的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率量，另方面，近几年我国出现了大面积缺电状况，这使得对电机节能的研究变的更为重要与迫切。由上可知，比较符合我国国情需要的措施是既要使电机的节能设备具有较好的节能效果，又要想办法尽量降低改造或更新的费亿千瓦，年耗电量达亿千瓦时。据有关专家估算，由于设计制造等各种原因，我国电机拖动系统的能源利用效率约比发切换的节能原理三相异步电动机转换节能保护器的设计性能要求控制电路主芯片电动机节电保护器系统框图电动机节电保护器的硬件电路设计电动机节电保护器的软件设计主电路接线图及其工作过程有关本设计的几点讨论有关空载电流对电路的影响有关性价比结论参考文献致谢附录前言前言为了提高电机的工作效率，多年来世界各国从电机的设计制造电机的选择使用电网供电管理等几个方面入手，作了大量研究工作，开发出了高效节能电动机，使效率显著提高，可大量节能。但这种电机造价较高，而且经济效果较大地取决于负载的情况，即对于长期工作于额定负载连续运行的应用场合，其节能效果能达到最佳。但大多数电机用户来说，怎样使现有设备上的电机工作于效率较高的状态显得更为现实。年美国宇航局工程师为减少航天飞机上泵和风扇能耗而研制的功率因数控制器，即在定子电压定的情况下，只要负载率小于额定负载率，交流异步电动机的功率因数基本是和它的负载率成对应的关系。这种装置的工作原理是通过检测功率因数作为控制输入电压信号，并通过该类装置控制定子端电压来调节输入功率，使其随负载的变化而变化。利用晶闸管交流调压技术研制的软起动器是从年代开始应用的，以后美国宇航局工程师诺瓦又把功率因数控制技术结合进去，以及采用微电脑代替模拟控制电路，发展成现在的智能化电机节能控制器。它们集软起动节能电机保护于体，通过键盘和液晶显示器可以方便的设置系统参数和得到系统运行状态。由于能源紧缺我国也从七十年代开展了大规模节能装置的研究。研制出了等等大批系列节电器。其空载节电率大于左右，轻载小于负载率为左右。国内集软起动节能保护于体的电机节能控制器的研制起步较晚，但发展很快。目前国内些产品功能还不完善，性能不稳定，同国外产品比较还有很大差距。而国外产品价格昂贵，操作复杂，对使用人员要求高，限制了在国内的推广。在应用上，国内使用智能型电机节能控制器的场所还很少，传统的交流电动机起动器仍继续占领市场，所以有必要自行研制适合我国国情的国产节电器以满足市场对节电产品的迫切要求。研制中除了借鉴国外产品成功经验外，还要针对其不足和我国电网不稳，负载波动大，电动机空载率高等具体情况，开发出具有特色的中国人自己的节电产品来。本文所做的工作本文从理论上详细分析了异步电动机转换节电的基本原理，并在此基础上提出了整套单片机控制的转换节电保护器的设计方案，达到了控制性能和节电效果。本文还对此系统进行了深入的分析与讨论，为进步完善本方案提出了改进的方向和办法。绪论异步电机节电的必要性我国十五期间节能计划中关于电机系统的节能计划指出电动机是量大面广的高耗能设备，我国现有各类电动机总容量约亿千瓦，年耗电量达亿千瓦时。据有关专家估算，由于设计制造等各种原因，我国电机拖动系统的能源利用效率约比发达国家低个百分点，总的节能潜力约为亿千瓦时，相当于个装机容量为兆瓦级的大型火电厂的年发电