三相異步電動機節能調控的應用研究

摘 要：三相異步電動機是一種應用十分廣泛的動力機械，每年消耗的電能相當于我國總發電量的一半以上。同時，三相異步電動機在實際的使用過程中，電能的浪費現象比較的嚴重和普遍。因此我國對于三相異步電動機的節能控制研究十分重視，在理論和實踐中已經有了很多的應用和研究。本文主要通過對三相異步電動機的能耗問題以及三項異步電動機的節能應用進行分析和探討，從而進一步來研究三相異步電動機的節能控制。

關鍵詞：三相異步電動機；節能調控；應用

中圖分類號： TM32 文獻標識碼：A

1概述

三相異步電動機作為目前在我國廣泛應用的電動機械，其每年對我國電力的消耗，基本達到全國年總發電量的一半以上，耗能非常之高。因此，加強和提高三相異步電動機的節能控制對我國電能的節約將會起到巨大的作用。當電流在滿負荷的情況下時，三相異步電動機的功效一般比較的高，可以達到85%左右。但是，如果電流的負荷量下降的話，三相異步電動機的功效就會明顯的降低。因此，總的來說，三相異步電動機的功效還是比較低的。如果我們通過對三相異步電動機節能控制，我們就會在這方面有所提高，從而提升電動機的運行效率，將會產生巨大的經濟效益。進行三相異步電動機的節能控制主要是從兩方面的工作著手，首先就是要提升三相異步電動機的制造技術，而這方面如今已經取得了巨大的發展，另外一方面就是要做好電動機的運行控制技術，這才是我們進行電動機節能控制技術的關鍵。

2三相異步電動機的節能控制原理介紹

三相異步電動機的功效是指三相異步電動機的輸出功效同輸入功效的比例，因此供電機的一部分電能是用來使電動機驅動的，即輸入的功效，而另外一部分電能就會發生在三相異步電動機的自身損耗上，這就是我們所說的輸出功效。三相異步電動機的電能損耗主要是指電動機的鐵和銅，而電動機的銅耗則是在電流通過電動機的銅線繞組時而產生的，相比之下，電動機的鐵耗則是指電動機在運轉的過程中，其定子和轉子鐵芯中產生的電流而發生的損耗，這主要是與電壓有關。電動機的損耗除了這兩部分損耗外，還存在其他的損耗，但是這些損耗都比較小，可以忽略。

而三相異步電動機的節能原理就是在電壓的負荷下降的時候，可以通過適當降低電源的電壓的方法，從而減少電動機中鐵耗，當電壓下降的時候，相應的電流也會隨之下降，這樣也就降低了電動機中的銅耗，只有這樣電動機的功效才會得到提高。如何檢測點電動機的負荷大小，通常我們會采用功效因數的方法進行，就是說如果電動機的負荷增大時，則它的功效因數就會增大，當電動機的負荷降低的時候，則功效因數就會減小。

三相異步電動機的負荷節能措施從以下三個方面進行考慮。首先就是當輕負荷時如何降低電動機的總能耗，其次就是當在輕負荷時如何減少總的輸出功效，最后就是三相異步電動機在任何負荷時該如何找到減少輸出功效的最佳點，如圖一所示就是電動機的節能原理。

圖一 電動機的節能原理

3三相異步電動機的節能控制的技術存在的問題及其解決措施

3.1存在的問題

老式的三相異步電動機主要是五、六十年代的，這種三相異步電動機在我國的礦山中的應用很廣，這些電動機的體積大，啟動的性能低，功效也很低，同時這些電動機的負荷比較的低往往這種電動機的實際負荷遠遠低于其額定的負荷，再次就是這種電動機的電源電壓恨不對稱，同時它的電壓還比較的低，我們知道，當電動機的電壓不穩或者是相對較低的時候，電動機在這種情況下運行，會增大電動機的損耗，最后一個就是電動機的維修管理跟不上，對電動機的檢修效率低，基本上沒有很好的檢修，這也會增大電動機的運行損耗。

3.2解決的措施

對于電動機存在的這些問題，我們可以從多方面采取措施加以解決，例如我們可以引進先進的電動機，淘汰落后的電動機，同時我們還要保證電動機運行時電壓的基本穩定，通過采取電壓控制的方法對電動機的損耗進行控制，此外，我們還應該加大對電動機的維修力度，電動機要不斷的進行維修，這樣才會讓電動機始終保持高效的運轉，減少損耗，最后一個就是要進行三相異步電動機的節能控制措施，這也是接下來要探討的重點內容。

4三相異步電動機的節能控制的具體應用措施和方法

4.1首先我們要做好硬件設計

本設計介紹一種以89C51單片機實現的功率因數控制裝置，它是通過可控硅調壓來調節功率因數來實現節能的，同時該裝置還有軟啟動和多種電機保護功能。并且經過實驗表明，該裝置對經常處于輕載或變負載情況下的電機能取得較好的節能效果。本控制器主要由3部分組成：可控硅及移相觸發電路部分，接收控制板的控制信號，實施交流電壓的調節；信號檢測板部分，接收傳感器的信號并進行處理，得到標準電壓和電流的有效值及功率因數角送控制板；單片機控制板部分，接收信號檢測板的信號，通過運算發出控制信號到移相觸發電路，實施最佳功率因數控制，同時控制板還通過鍵盤顯示面板對控制器參數進行修改，并顯示控制器運行狀態。可控硅及移相觸發電路部分TC787芯片的基本連接如圖二所示：

圖二 控硅及1U87芯片的基本連接

從同步變壓器來的三相過零信號經C1、C2、C3電容耦合到6V的直流信號上送入18、2、1腳。TC787對其進行過零檢測，經積分電容C4、C5、C6形成以過零點為起點的三角波，與由VR引入的觸發控制信號比較，再經C7調制成觸發脈沖，由12、9、10、7、8、11腳輸出，由脈沖變壓器驅動可控硅。

信號檢測板部分標準電壓和電流的有效值轉換電路如圖三所示：

圖三 號檢測板部分基本電路

此電路基于基本的絕對值電路，增加了濾波電容C1，將交流信號的絕對值變為平均值；合理設計R5的阻值，將平均值變為有效值。相位檢測電路如圖四所示：

圖四 位檢測部分基本電路

電壓信號VA和電流信號IA經與微電平信號REF比較，取得電壓和電流信號的正半周；經RC濾波后由信號“或”電路，形成含有功率因數角的信號；由單片機去除其中的電壓半周期，即得功率因數角。單片機控制板部分基本電路如圖五所示：

圖五 片機控制板部分基本電路

TLC0834是4路8位A/D轉換器，采用1路電壓和3路電流信號TLC5615是10位串行D/A，將控制量變為模擬電壓信號，去控制可控硅交流調壓；x25045是含WDT和EEPROM的多功能電路，負責單片機系統的安全監測和重要參數的保護；SN5176是RS485接口，實現連網監控。

4.2我們還要重視三相異步電動機的軟件設計

三相異步電動機的節能控制離不開對其節能軟件的合理設計。對軟件的設計，我們主要采用C51語言編程程序單片機軟件采用C51語言編程，C51與匯編語言相比，有編程效率高、代碼易維護等優點。程序主要由鍵盤與顯示監控部分、串行接口芯片驅動部分和信號采集與實時控制部分組成。串行接口芯片驅動部分，主要是根據芯片廠商時序圖，以單片機的I/口模擬串行口，以實現對串行芯片的讀寫操作。采集功率因數信號與最優值比較，以PI控制算法進行運算，適時發出控制指令，對電動機進行調壓，使其運行于高效率狀態。

4.3我們要對三相異步電動機進行相關的系統調試

在系統調試過程中，我們發現并處理了如下幾個問題。

首先就是三相異步電動機的可控硅對于電壓調節的穩定性問題，由于三相異步電動機是大負荷的機械，因此我們最好采用半控的模式來進行調節電壓，保證電壓的穩定性。其中的數據管發揮了吸收諧波的作用。要使用全控形式，最好采用內三角形式。該接法中各個繞組單獨供電，繞組之間不會產生相互干擾。

其次就是三相調壓移相觸發板的器件選擇問題。通過系統的調試，我們就可以發現電動機在節能控制方面相關數據分析，如下表所示

結語

三相異步電動機的節能控制技術是目前我國比較前沿的技術，同時，對三相異步電動機的節能控制可以促使三相異步電動機的工作流程的轉變，使三相異步電動機的耗電量能夠減少。為三相異步電動機在促進我國經濟發展的過程中，能夠實現節能和經濟效益的雙發展，這是三相異步電動機節能發展的需要，也是構建可持續發展社會的需要。因此，在今后的三相異步電動機的發展過程中，要更加注重三相異步電動機的節能控制技術的發展，推動三相異步電動機更科學的應用。

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