基于RMxpt的异步电机分析与设计初稿.doc

基于RMxprt的异步电机分析与设计 摘 要：异步电动机因其结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜等优点而广泛应用于各行各业。但是异步电机在运行时，必须从电网吸收无功功率，会使电网的功率因数变差，对低转速的电机尤为显著。因此对异步电动机实施有效的控制，保证电机的节能运行，避免电机对电网造成冲击，使之安全经济运行具有十分重要的意义。 本文首先对异步电动机的各种损耗进行分析，并研究降低损耗的方法。通过RMxprt14完成了异步电动机节能运行控制系统的仿真研究。仿真结果验证了结论的正确性和有效性。 关键词：异步电机，节能控制，RMxprt14 目录 1 绪论 1.1 背景 1.1.1 异步电动机节能控制的意义 我国是一个发展中的大国，人口占世界的20.43%，而能源却相对匮乏，人均能源占有不到道世界平均水平的一半。近几年来，我国已成为能源消耗大国。能源日趋紧张，已经严重制约我国经济发展。在资源不足的情况下，我国还存在能源利用低下和无节制的资源浪费现象。我国目前能源利用率比国际先进水平低10个百分点，能源密集产品单位耗能平均比国际先进水平高45%，由此引起的环境污染和资源可接问题已日趋严重。 电能作为工业生产中最主要能源，同时异步电机作为一种重要的动力设备，其用电量是非常大的。这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载下运行。因此，“大马拉小车”的现象几乎是很普通的，如生产常用的胶带输送机、绞车、机床等设备在大部分运行时间中，电动机的负荷变动都较大，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为0.3～0.4，有的还更低。电动机的负载率低，效率不高，电能的浪费现象十分严重。1997年国家统计局统计数字表明，每年我国各种电机设备消耗全国年发电量的60％ ，其中90kW以内的中小功率异步电动机耗能占总电机耗能的70%，差不多消耗了4200亿度电。折合成人民币经济损失达到210亿元。如果这些异步电动机能够节电10%，就可节约21亿元人民币。2002年国家电力部统计数字表明，火力发电每kWh需投资约1元；三峡水电每kWh需投资约1.13元，建设周期13~17年；核电每kWh需投资2~3元；其他能源（太阳能、风能、海能等）每kWh需投资3~5元。若仅按中小功率异步电动机节电10%计算，其年节电量相当于三峡电站的半年发电量，可节约国家投入电站建设资金50亿元左右，为国家节约大量能源和费用。 因此在目前我国工业生产不断发展，能源日趋紧张，环保要求日趋高涨的情况下，提高电机运行效率可以极大缓解能源紧张状况，提高国民经济效益，具有十分重要的现实意义。 1.1.2 异步电动机节能控制的基本方法 对于不同系统中应用的异步电动机，其所带的负载性质不同，因此其节能原理和措施也是不同的。但电动机节能的关键还是在于提高运行效率。因此可从下面三个方面提高异步电机的节能。一，优化异步电动机本身设计；二，利用转速调节技术；三，降低电子定子电压 1.1.3 异步电动机调速节能控制方法 1.异步电动机的变频调速 变频调速就是改变电源频率，从而改变电动机的同步转速。为了使调速过程中电动机的容量充分利用，需要维持磁通恒定。当频率下降时必须使电压随着频率的下降而降低，这种电压与频率配合变化称之为恒磁通变频调速中的协调控制。根据电压，频率协调控制方法不同，可获得恒转距特性或恒功率特性的调速方式。变频调速的特点如下： 1）调速效率高，调速过程中电动机附加损耗小； 2）调速范围大，调速比可达20:1，机械特性硬，精度高； 3）应用范围广，多用于笼型异步电动机； 4）技术复杂，造价高，维护检修困难。 2.异步电动机的变极调速 这种调速方法是利用改变定于绕组的接线方式来改变笼型电动机定子磁极对数达到调速的目的，变极调速的特点如下： 1）调速效率高，具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2）控制设备简单，方便，成本低； 3）有级调速，级差较大，不能获得平滑的调速 3.异步电动机的串级调速 串级调速是绕线式电动机转子回路中串入可调节附加电动势来改变电动机转差装置，达到调速目的。大部分转差率被串入的附加电动势所吸收，在利用产生附加电动势的装置，把吸收的转差功率返回电网。串级调速的特点如下： 可以讲调速过程中的转差损耗回馈电网，调速效率较高； 装置容量与调速范围成正比，适用于调速范围在额定转速的70%~90%。 调速装置出现故障时可以切换至全速运行，避免停机； 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波较大。 4.异步电动机的调压调速 改变电动机定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获