三相异步电动机智能节能控制器研究.doc

三相异步电动机智能节能控制器的研究 　　摘 要：异步电机在工程行业生产中应用非常广泛。在电机起动时，会产生较大的电流，对系统本身以及电网都会产生较大的影响，并造成了电能的浪费。当电机的负载低于额定负载的75%时，效率较低，造成了能源浪费。经过理论分析，设计了一种电机智能节能控制器，即三相异步电动机智能节能控制器，用于电机的节能、软起动和运行保护 关键词：三相异步电动机；智能节能控制器 我国的能源政策是注重能源资源节约和公道利用。缓解我国能源资源与经济社会发展的矛盾，必须立足国内，明显进步能源资源利用效率。果断实行开发和节约并举，把节约放在首位的方针。鼓励开发和应用节能降耗的新技术。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。电动机是电能消耗的最大用户，也是节电潜力最大的用户。在产业生产中电机是最重要的原动力设备，据统计电机用电量占总发电量的50% 以上。在额定负载四周，电机的效率最高，通常都在80% 以上，当负载下降之后，效率随之明显下降。而电机选型时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，因而大多数情况下，电机运行在轻载情况下；在轻载或不均匀负载情况下，电机的运行效率都较低。因此，进步这些电机的运行效率，可以明显节省电能 一、调压节能的基本原理 调压节能的基本原理是利用异步电动机轻载时效率很低，降低输进电机的端电压以降低空载损耗来进步效率。电机端电压降低后，气隙主磁通也成正比下降，由Φ∝E2∝U2；电机定子电流中的励磁分量Io也会随着下降。由于饱和程度的下降，使Io的值随E2下降的幂次大于1。但Φ下降时，假如电机的负载转矩不变，则转子电流I2将上升，有I2∝ 1/Φ ∝ 1/E2。这些变化对电机损耗的影响如下：转子铜耗PAI∝I22∝ 1/E22，定子铁耗PFE∝φ2∝E12，定子电流I1是I2及Io的矢量和。电压下降适当时，电流I1可以减小，铜耗也相应减小。机械损耗则一般变化不大，杂耗随定转子电流而变。因而总损耗是否能减小，取决于铁耗`定子铜耗和转子铜耗三者的关系，很重要的取决于定子电流是否能减小。当电机轻载或空载时，I1中Io分量所占比例较大，I2分量所占比例较小，定子电流是能够减小的，降压运行可以达到降压节能的目的 二、控制策略 我们选定限流软起动方式，所以可以利用嵌进式芯片对电流进行实时监控，减少电机起动过程中产生的大冲击电流，减少设备的损耗。控制系统为了达到响应速度快、无静差，可以选择数字PI调节器调节。积分调节器（I）由于积分的作用，所以在输出响应上总会有延迟，但是只要有误差存在，积分过程就不会停止，终极会稳定在预期的输出值上。而比例调节器（P）响应速度快，但永远不会稳定在给定值上。所以两者结合起来，充分发挥各自的优点，既达到了快速性，又消除了误差 系统自适应工作的过程是这样的：事先按照最优控制方案计算出负载率为m时相对应的调压系数K和异步电动机的其他工作参数如功率因数、节能率等。当参考输进（m，K）同时加到异步电动机和参考模型的进口时，由于电动机的部分初始参数不确定，因此刚开始电动机的输出响应（功率因数）与最优控制方案要求的输出响应（功率因数）将不会完全一致，结果产生偏差信号e（t），当信号e（t）进进自适应调整回路后，经过由自适应律所规定的运算，产生适当的附加控制作用△K，自动改变异步电机的定子端电压，从而使电动机的输出响应逐步接近最优控制下的输出响应，即自适应调压后电动机的功率因数与最优控制方案下的功率因数一致。最后当偏差信号e（t）=0时，自适应调整过程停止 1、硬件设计 本控制器主要包括主回路、控制回路和驱动保护电路。主回路主要由三对双向晶闸管和接触器组成，通过控制双向晶闸管的导通实现改变加到电机定子端 的电压；而接触器的主要作用是在软起动过程完成以后，把双向晶闸管从三相电路中旁路。在需要软停车或电机负载变化时，再把软起起动装置接进到电机回路中，完成软停车或节能功能。在控制回路和驱动保护电路中，包括了电压检测，电流检测，主控芯片（TMS320LF2407），晶闸管触发电路，接触器驱动，RS-232的上位机串口通讯回路和辅助开关电源等 （1）电压检测：在电压检测回路中，实现两个功能。其一是同步信号的检测功能，采样在三相电压的过零时刻，它作为晶闸管脉冲触发信号的同步信号；其二是将三相电源电压信号通过变压器降压后转变成直流信号，再经AD转换后送进到DSP中，作为电压负反馈调节、故障检测、过压和欠压保护 （2）电流检测：通过霍尔传感器将三相电流信号转换成电压信号，再将这个电压信号经过AD转换后送进到DSP作为电流负反馈调节、故障检测和过流保护 （3）晶闸管触发电路：利用DSP给出的控制信号，经脉冲变压器后送出一定脉宽