三相异步电动机节能调控的应用研究

摘 要：三相异步电动机是一种应用十分广泛的动力机械，每年消耗的电能相当于我国总发电量的一半以上。同时，三相异步电动机在实际的使用过程中，电能的浪费现象比较的严重和普遍。因此我国对于三相异步电动机的节能控制研究十分重视，在理论和实践中已经有了很多的应用和研究。本文主要通过对三相异步电动机的能耗问题以及三项异步电动机的节能应用进行分析和探讨，从而进一步来研究三相异步电动机的节能控制。

关键词：三相异步电动机；节能调控；应用

中图分类号： TM32 文献标识码：A

1概述

三相异步电动机作为目前在我国广泛应用的电动机械，其每年对我国电力的消耗，基本达到全国年总发电量的一半以上，耗能非常之高。因此，加强和提高三相异步电动机的节能控制对我国电能的节约将会起到巨大的作用。当电流在满负荷的情况下时，三相异步电动机的功效一般比较的高，可以达到85%左右。但是，如果电流的负荷量下降的话，三相异步电动机的功效就会明显的降低。因此，总的来说，三相异步电动机的功效还是比较低的。如果我们通过对三相异步电动机节能控制，我们就会在这方面有所提高，从而提升电动机的运行效率，将会产生巨大的经济效益。进行三相异步电动机的节能控制主要是从两方面的工作着手，首先就是要提升三相异步电动机的制造技术，而这方面如今已经取得了巨大的发展，另外一方面就是要做好电动机的运行控制技术，这才是我们进行电动机节能控制技术的关键。

2三相异步电动机的节能控制原理介绍

三相异步电动机的功效是指三相异步电动机的输出功效同输入功效的比例，因此供电机的一部分电能是用来使电动机驱动的，即输入的功效，而另外一部分电能就会发生在三相异步电动机的自身损耗上，这就是我们所说的输出功效。三相异步电动机的电能损耗主要是指电动机的铁和铜，而电动机的铜耗则是在电流通过电动机的铜线绕组时而产生的，相比之下，电动机的铁耗则是指电动机在运转的过程中，其定子和转子铁芯中产生的电流而发生的损耗，这主要是与电压有关。电动机的损耗除了这两部分损耗外，还存在其他的损耗，但是这些损耗都比较小，可以忽略。

而三相异步电动机的节能原理就是在电压的负荷下降的时候，可以通过适当降低电源的电压的方法，从而减少电动机中铁耗，当电压下降的时候，相应的电流也会随之下降，这样也就降低了电动机中的铜耗，只有这样电动机的功效才会得到提高。如何检测点电动机的负荷大小，通常我们会采用功效因数的方法进行，就是说如果电动机的负荷增大时，则它的功效因数就会增大，当电动机的负荷降低的时候，则功效因数就会减小。

三相异步电动机的负荷节能措施从以下三个方面进行考虑。首先就是当轻负荷时如何降低电动机的总能耗，其次就是当在轻负荷时如何减少总的输出功效，最后就是三相异步电动机在任何负荷时该如何找到减少输出功效的最佳点，如图一所示就是电动机的节能原理。

图一 电动机的节能原理

3三相异步电动机的节能控制的技术存在的问题及其解决措施

3.1存在的问题

老式的三相异步电动机主要是五、六十年代的，这种三相异步电动机在我国的矿山中的应用很广，这些电动机的体积大，启动的性能低，功效也很低，同时这些电动机的负荷比较的低往往这种电动机的实际负荷远远低于其额定的负荷，再次就是这种电动机的电源电压恨不对称，同时它的电压还比较的低，我们知道，当电动机的电压不稳或者是相对较低的时候，电动机在这种情况下运行，会增大电动机的损耗，最后一个就是电动机的维修管理跟不上，对电动机的检修效率低，基本上没有很好的检修，这也会增大电动机的运行损耗。

3.2解决的措施

对于电动机存在的这些问题，我们可以从多方面采取措施加以解决，例如我们可以引进先进的电动机，淘汰落后的电动机，同时我们还要保证电动机运行时电压的基本稳定，通过采取电压控制的方法对电动机的损耗进行控制，此外，我们还应该加大对电动机的维修力度，电动机要不断的进行维修，这样才会让电动机始终保持高效的运转，减少损耗，最后一个就是要进行三相异步电动机的节能控制措施，这也是接下来要探讨的重点内容。

4三相异步电动机的节能控制的具体应用措施和方法

4.1首先我们要做好硬件设计

本设计介绍一种以89C51单片机实现的功率因数控制装置，它是通过可控硅调压来调节功率因数来实现节能的，同时该装置还有软启动和多种电机保护功能。并且经过实验表明，该装置对经常处于轻载或变负载情况下的电机能取得较好的节能效果。本控制器主要由3部分组成：可控硅及移相触发电路部分，接收控制板的控制信号，实施交流电压的调节；信号检测板部分，接收传感器的信号并进行处理，得到标准电压和电流的有效值及功率因数角送控制板；单片机控制板部分，接收信号检测板的信号，通过运算发出控制信号到移相触发电路，实施最佳功率因数控制，同时控制板还通过键盘显示面板对控制器参数进行修改，并显示控制器运行状态。可控硅及移相触发电路部分TC787芯片的基本连接如图二所示：

图二 控硅及1U87芯片的基本连接

从同步变压器来的三相过零信号经C1、C2、C3电容耦合到6V的直流信号上送入18、2、1脚。TC787对其进行过零检测，经积分电容C4、C5、C6形成以过零点为起点的三角波，与由VR引入的触发控制信号比较，再经C7调制成触发脉冲，由12、9、10、7、8、11脚输出，由脉冲变压器驱动可控硅。

信号检测板部分标准电压和电流的有效值转换电路如图三所示：

图三 号检测板部分基本电路

此电路基于基本的绝对值电路，增加了滤波电容C1，将交流信号的绝对值变为平均值；合理设计R5的阻值，将平均值变为有效值。相位检测电路如图四所示：

图四 位检测部分基本电路

电压信号VA和电流信号IA经与微电平信号REF比较，取得电压和电流信号的正半周；经RC滤波后由信号“或”电路，形成含有功率因数角的信号；由单片机去除其中的电压半周期，即得功率因数角。单片机控制板部分基本电路如图五所示：

图五 片机控制板部分基本电路

TLC0834是4路8位A/D转换器，采用1路电压和3路电流信号TLC5615是10位串行D/A，将控制量变为模拟电压信号，去控制可控硅交流调压；x25045是含WDT和EEPROM的多功能电路，负责单片机系统的安全监测和重要参数的保护；SN5176是RS485接口，实现连网监控。

4.2我们还要重视三相异步电动机的软件设计

三相异步电动机的节能控制离不开对其节能软件的合理设计。对软件的设计，我们主要采用C51语言编程程序单片机软件采用C51语言编程，C51与汇编语言相比，有编程效率高、代码易维护等优点。程序主要由键盘与显示监控部分、串行接口芯片驱动部分和信号采集与实时控制部分组成。串行接口芯片驱动部分，主要是根据芯片厂商时序图，以单片机的I/口模拟串行口，以实现对串行芯片的读写操作。采集功率因数信号与最优值比较，以PI控制算法进行运算，适时发出控制指令，对电动机进行调压，使其运行于高效率状态。

4.3我们要对三相异步电动机进行相关的系统调试

在系统调试过程中，我们发现并处理了如下几个问题。

首先就是三相异步电动机的可控硅对于电压调节的稳定性问题，由于三相异步电动机是大负荷的机械，因此我们最好采用半控的模式来进行调节电压，保证电压的稳定性。其中的数据管发挥了吸收谐波的作用。要使用全控形式，最好采用内三角形式。该接法中各个绕组单独供电，绕组之间不会产生相互干扰。

其次就是三相调压移相触发板的器件选择问题。通过系统的调试，我们就可以发现电动机在节能控制方面相关数据分析，如下表所示

结语

三相异步电动机的节能控制技术是目前我国比较前沿的技术，同时，对三相异步电动机的节能控制可以促使三相异步电动机的工作流程的转变，使三相异步电动机的耗电量能够减少。为三相异步电动机在促进我国经济发展的过程中，能够实现节能和经济效益的双发展，这是三相异步电动机节能发展的需要，也是构建可持续发展社会的需要。因此，在今后的三相异步电动机的发展过程中，要更加注重三相异步电动机的节能控制技术的发展，推动三相异步电动机更科学的应用。

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