异步电动机调压节能控制器的设计

已．L}’弋少电机系统节能电动机调压节能控制器的设计崔燕燕1吴婷婷2(1．石家庄铁道学院，石家庄050043；2．永济电机厂修配公司，山西永济044502)摘要介绍了一种异步电动机的节能控制器的设计，通过实时检测电动机的电压、电流、功率因数，调节电动机的定子电压，使功率因数维持恒定，达到节能的目的，同时该控制器通过软释娆对电动辘透行保护。

关键词：异步电动机；功率因数；调压D esi gn of Ener gy-Savi ng C ont r ol l er f or A s ynchr onousM ot or B ased on V ol t age R e gul at i ngC ui Y anyan7W u7qngt i n92(1．Shi j i azhuang R ai l w ay I ns t i t ut e，ShO i azhuang050043：2．Y ongj i M ot or Pl a nt R epai r C om pany,Y ongj i，Shanxi044502)A bs t r act A i nduct i on m ot or cont r ol l e r f or ene rgy—sa vi ng is i nt r odu ced．I n order t o s av e ener g y，t he pow er f a ct or of t he i nduct i on m ot or s ho ul d be a const。

I t c an be achi eved t hr o ugh r eal—t i m e det ec t i ng t he vol t age，c urr e nt and pow e r f a ct or of m ot or st at or t o r egul at e vol t a ge of t he i nduc t i on m ot or st a t or w i ndi n g．A t t he sa m e t i m e，i t c an pr ot ec t t he m ot or w i t h t he s ys t em s of tw ar e．．K ey w or d s：as y nchr on ous i l l ot or；pow er f ac t or：vol纨ge r egul at i ng差引言三相异步电动机是一种十分重要的动力机械，拖动生产援械工作，在王农业领域郝有羞极为重要的应用，用电量也极为庞大，约占我国年发电量的～半以上。

三相异步电机在其额定工况下运行时，其效率一般较高，在髓％左右，然两，当电动鞔的负载率较低，即电动机工作在轻载或不拖动任何生产机械，处在空载的情况下，这时瞧动机的效率移功率因数都较低，此时电动机定予电流的脊功成分少，而无功成分较大，而这时负载转矩并不要求电动规工俸在瀵磁逶麓状态下，因戴适当的降低定子的端电雁，也能满足负载转矩的要求，这时电机的转速降落不明显，基本认为恒定，电动机能够保持稳定运行。

恒转矩负载情况下电援降落与电掇转速降落的关系如图l所示I¨。

由参考文献f2】可知电枧的主要损耗为锯耗和铁损。

定子铜耗和转子铜耗是电流通过定、转子导体电阻时产生的能耗，分别与定予电流和转予电流的平成歪院。

铁耗是搔交变磁场在定、转子铁心0．25『m0，各《’疆l m l图1异步电机降低电压的机械特性中的磁滞损耗和涡流损耗，与定子电压的平方成正眈。

视械损耗和杂教损耗与电橇的结构肖关，约蠢电机总损耗的20％。

因此当电动机运行在窄载或轻载的愤况时，通过降低定子的端电压，提高电动枧的功率冈数可以实现将低一部分铜耗和铁耗，达到节电的目的。

2节麓控制器的设计本文以89c52单片机为控制核心，研究设计了电动鞔谭匿节能控制器，系统总体框图弛图2所示。

本控制器的控制核心在于通过检测电动机的功率因焦，计算出奄动机的功率因，与事先给定僮避2008年第9期电气技水l 111电机系统节能行比较，通过软件计算出电压的调节量，最终由单片机的输出U输出PW M触发脉冲来控制交流调压电路，调节供给电动机的电压，使电动机工作在最佳的节能状态，同时系统还不断的检测供给电动襁I 的电压和电流，通过软件对电动机进行过压、过流、缺相等保护。

溺2系缝图2．1功率因数角检测麸电压互感器二次测得到的电压信墨，送入电压比较器L M393的正输入端，与其负输入端的地电位进行比较，这样在其输裹端褥到与电骶互感器的二次测输出信号同相位的矩形波信号。

将此矩形波信号送入单冀魏的终中断I N T0，{{=为触发脉冲的同步信号，该矩形脉冲的下降沿到来时起动单片机内部的定时，计数器开始计数。

电路如图3所示。

闰3电压过零比较毫路从电流量感器二次测得到的电流信号，经电阻转换成电压信号，送入电压比较器L M393的正输入端，与其负输入端的地电位进行比较，这样在其输出端得到与电流互感器的二次测输出信号同榴饿的矩形波信号。

将此信号送入单片机的外巾断I N T l，当电流过零点到来时，使单片机内的定时，计数器停止计数，这样通过读取计数器内的数值，由软件就可计算出电服超前电流的角度，即功率因数角。

2．2电压、电流检测由电压蕊感器的二次测得到的电压信号，经放大、整流、滤波后送入A／D转换的输入端，由软件计算粥电压值，判断此时的电压怒否正常，若不正常则对电机进行保护。

同样由电流互感器的二次测1+21ql=ll lll t2008年第9期取出电流信号经放大、整流、滤波后送入A／D转换的输入端，由软件计算f i{电流值，判断楚否正常，否则进入保护。

电流检测电路如蹦4所示。

图4电流检测电路2．3主电路设计采用斩波式PW M交流调压电路，电路如图5所示。

该电路懿开关管均慕耀全控型器髂I G BT，其中V零l，V T2，vT3作为开关管，V T4作为续流管，当W l，V T2，y玛警透时，V T4关断，这时，电动规定子电压值为供电电压；而当V T l，V，r2，V T3关断时，V T4导逶，与电鼹中的二级管构成续流回路，此时，电动机的定子电腿为零。

这样通过PW M控制的调压电路的输出波形近似正弦波，有效地减少了谐波。

：图5交流调压电路I G B T驱动电路采捌富±公司生产的专用驱动芯片E X B850，该芯片采用单电源20V供电，最高工作频率10kH z，凑装光耦合爨隔离电路，有过流保护电路，町输出过流保护信号(5脚)，6脚接集电极。

l、3脚为驱动输出，R12为栅极电阻。

驱动电路如图6所示。

图6I G B T驱动电路旨一．砸3软件设计软件设计采用模块化的设计思路，包括主程序模块、电压中断程序模块、电流中断程廖模块、数据处瑾模块。

圭程序模块主要完成控制系统软{孛及硬件的初始化，电压、电流采样数据送入数据处理模块进行处理，判断电压电流是否正常，若有故障剡停视。

电艨过零点至l来时产生电题中鞭，中断程廖藩先输出触发脉冲，接着起动定时1计数器迸幸亍计数：电流过零点到来时产生电流中断，中断程序关断定时／计数器，并读取计数器的数值，将其送入系统数据处瑾程穿模块，数掇处理程序模块主要完成功率因数角的计算、找出与预先设定值的差值部分，最终计算出调腰比，得出P W M触发脉冲。

4试验结果与分析采用一台2．2kw的鼠笼式异步电动机拖动一台2．0kW的直流发电机进行试验，电动机参数为：额定电摄380V，颧定电流5A，三角形接法；发电机参数为：额定电蘧230V，额定电流8．7A，复励。

发电枫供电给可变电阻箱，电阻箱参数：额定电流10A，电阻O～100Q可调。

将控制器接入电动机进行调压节巍，测得在不隧受载率下的节麓效果如下表l所示。

表l试骏记录负载率O O．1O．30．40．60．7O．8节能，％29．52915．211．43．2O 由试验结聚霹班看出，电动祝在接近满载鲶情电机系统节能况下，其效率和功率因数变讫相对较小，节能效果不明显，或者说在这种情况下电幼机不节能；而当电动机的负载率存0．7以下时，随黄负载率的减小，电动爹【的节襞效采越来越基著，阉时也可以羲遗，电动机在空载情况下，节能效粜最为明显。

5结论本文提遗既异步毫动祝节熊挎制器，逶过砖供电电压和电流的检测，得到电机的功率因数角，又通过与事先设定的功率因数相比较，实现功率因数的闭环控制，通过调节电动枧的定子端魄撮来实现节戆。

试验表明电动税的受载率越低，节铙效果越锈鬣，电机宁载时节能达到30％左右。

同时，该系统还通过软件设定了各种保护，保证了电动机的安全运行。

参考文献【1】刘泾．三相异步电动机节能优化控制器的设计【J】．薅南科技大学学报，2005，(6)．【2】罗文广，陵英j艺。

异步电动糗接受载大参隧疆节麓的研究f J】。

电下技术，1998，(8)．【3】陈墒华，胡静涛，胡为．新型界步电机在线i l茳测和节能控制器的设计与实现l J】．电机与控制应甩，2007，34(6)。

作者简介崔蕉燕(1982-)，女，虫寒零蓉久，硬±在凌，骚究蠢囊为癸舞疑铡控。

负屉飘堑围皇垫銮32008数控机床与金属j l n-r"展、工业自动化震和能源震金秋申城再放光芒11月4～8同，2008中阑围际工业博览会——数控机床与金属加T展、工业自动化展和能源贼将再次登陆上海囊强际薅藏中，0。

三大麓会懿霹台蹇榛聚集7遂1200家展商在79500平方米的展出面积上氽方位展示全球数控机床、工业自动化以及能源领域的最前沿的产品、技术和解决方案。

预计迎来专她观众逾l O∥。

工遂自费纯装壤季}畜来舀16令国家帮熄嚣麴大裁模咸团参展，陶际企业展出面积比例将达60％以上。

今年，机器人展区将冉次成为焦点。

除机器人展区外，“工业安全技术”将冉次成为今年关滋的另一大毛题。

为突出传慧嚣、测藿技本与控制接本在王渣安全静鬟襄逮爱，2∞8工业自动化展将小遗余力地为观众呈现上述技术在机械视擞、工业安念、控制开关、质量保证、维修检测等领域的最新应用与发燧趋势。

能源展则将继续本着节能创新的宗旨，集中展示电力、电工及新能源领域的国内外知名J‘商的最先进的产品和构憨。

疑会舅一大亮点骜是低聪瞧器夔磐戆傀与网络化应用。

本次展会将专设低压电器展区，集中展示电力电1=领域中高效率与节能减排，网络数字技术发配电智能化挖制技术等的一系列解决方案。

魏癸，三大工鲎袋紧翔各垂行她热f l话瑟及当翦行曼需求，争相斗艳，举办锫专业论坛及研讨会，如“2008国际机器人与自动化研讨会”、“火电厂清洁燃煤控制殿优化技术研讨会”、“第四属巾困错能电工技术——岛效率与节戆减搀、耀络数字纯与系统集成、麓惫纯与罄能电气接拳研讨会”等。