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摘 要 ：異步電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。在電機起動時，會產(chǎn)生較大的電流，對系統(tǒng)本身以及電網(wǎng)都會產(chǎn)生較大的影響，并造成了電能的浪費。當電機的負載低于額定負載的75%時，效率較低，造成了能源浪費。經(jīng)過理論分析，設(shè)計了一種電機智能節(jié)能控制器，用于電機的節(jié)能、軟起動和運行保護。
關(guān)鍵詞： DSP 軟起動 節(jié)能 自適應(yīng)控制
1 引言
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我國的能源政策是注重能源資源節(jié)約和公道利用。緩解我國能源資源與經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾，必須立足國內(nèi)，明顯進步能源資源利用效率。果斷實行開發(fā)和節(jié)約并舉，把節(jié)約放在*的方針。鼓勵開發(fā)和應(yīng)用節(jié)能降耗的新技術(shù)。2004年，我國為電力、煤炭、石油等能源價格上漲而付出的代價高達百億美元，而能源短缺間接對國民經(jīng)濟造成的經(jīng)濟損失更難以用具體的數(shù)值來估量。節(jié)能是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針，也是當前一項極為緊迫的任務(wù)。電動機是電能消耗的zui大用戶，也是節(jié)電潛力zui大的用戶。在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中電機是zui重要的原動力設(shè)備，據(jù)統(tǒng)計電機用電量占總發(fā)電量的50% 以上。在額定負載四周，電機的效率zui高，通常都在80% 以上，當負載下降之后，效率隨之明顯下降。而電機選型時是按照需要的zui大負載和zui壞情況下所需要的功率而定的，因而大多數(shù)情況下，電機運行在輕載情況下;在輕載或不均勻負載情況下，電機的運行效率都較低。因此，進步這些電機的運行效率，可以明顯節(jié)省電能。異步電機的啟動性能較差，全壓啟動電流約為額定電流的4～8倍，對于大功率電機，將對電網(wǎng)產(chǎn)生很大沖擊，影響同一電網(wǎng)中其他用電設(shè)備的正常工作;同時，全壓起動對電機的機械部分也產(chǎn)生大的沖擊，縮短機械部分的使用壽命。若采用軟起動措施，平穩(wěn)升高起動電壓，直至正常工作，這樣既改善了電機起動對電網(wǎng)的沖擊，也減小了機械部分承受的沖擊。交流感應(yīng)電機存在的zui大題目是:它輸出的轉(zhuǎn)動扭力無法配合起動和運行時的負載扭力。電機起動時，通常在幾分之一秒內(nèi)產(chǎn)生正常時150%至200%的扭力，令負載增至正常速度，這會導(dǎo)致驅(qū)動結(jié)構(gòu)受到*的沖擊力矩損害。與此同時電機產(chǎn)生比平常高4～8倍的起動電流，影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當電機長時間處于半負載狀態(tài)時，它的銅線圈繞組產(chǎn)生過量磁通，導(dǎo)致電機效率下降。該電流（通常稱為感應(yīng)電流）是固定的，致使電機浪費了約30%至50%的電能。
2 調(diào)壓節(jié)能和限流軟起動的理論分析
2.1 調(diào)壓節(jié)能的基本原理
調(diào)壓節(jié)能的基本原理是利用異步電動機輕載時效率很低，降低輸進電機的端電壓以降低空載損耗來進步效率。電機端電壓降低后，氣隙主磁通也成正比下降，由Φ∝Ｅ2∝U2;電機定子電流中的勵磁分量Io也會隨著下降。由于飽和程度的下降，使Io的值隨Ｅ2下降的冪次大于1。但Φ下降時，假如電機的負載轉(zhuǎn)矩不變，則轉(zhuǎn)子電流I2將上升，有I2∝ 1/Φ ∝ 1/Ｅ2。這些變化對電機損耗的影響如下:轉(zhuǎn)子銅耗PAI∝I22∝ 1/E22，定子鐵耗PFE∝φ2∝E12，定子電流I1是I2及Io的矢量和。電壓下降適當時，電流I1可以減小，銅耗也相應(yīng)減小。機械損耗則一般變化不大，雜耗隨定轉(zhuǎn)子電流而變。因而總損耗是否能減小，取決于鐵耗｀定子銅耗和轉(zhuǎn)子銅耗三者的關(guān)系，很重要的取決于定子電流是否能減小。當電機輕載或空載時，I1中Io分量所占比例較大，I2分量所占比例較小，定子電流是能夠減小的，降壓運行可以達到降壓節(jié)能的目的。
2.2 限流軟起動原理
異步電機的Γ型簡化模型如圖1所示。
圖1 異步電機的Γ型簡化模型
r1和分別是定子繞組的電阻和漏抗，和分別為折算后轉(zhuǎn)子的電阻和漏抗，rm和xm分別為勵磁電阻和勵磁阻抗，s為轉(zhuǎn)差率.
由簡化模型可以求出異步電機的機械特性數(shù)學(xué)表達式:
在起動時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2 = 0 ,轉(zhuǎn)差率S = 1 ，此時機械特性方程式為:
又由于在電機起動時，
從上面討論得到的電機簡化模型可知，起動時，S = 1，
大很多，忽略勵磁電流時，視Zm為開路，則:
起動轉(zhuǎn)矩MST與定子每相電流的關(guān)系如下:
式中:MN: 異步電機的額定電磁轉(zhuǎn)矩;IN:異步電機的每相額定電流;SN:異步電機的額定轉(zhuǎn)差率
通常感應(yīng)電機的SN很小，一般為0.01～0.05，所以要獲得較大的Mst倍數(shù)，必須要求有較大的起動電流倍數(shù)。限流起動時，若限流值Ist較大，則電機的起動轉(zhuǎn)矩Mst也大。因此電機達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的時間越短，起動也越迅速。但是，為了起動的時候保證有一定大小的起動轉(zhuǎn)矩，起動電流的選擇不能太小，限流值的選擇要大小合適。而在大轉(zhuǎn)矩的起動場合，限流起動則不一定適用。這是為了滿足大的起動轉(zhuǎn)矩，要求大的起動電流Ist之故。而當起動電流Ist過大時，會引起對電網(wǎng)的較大沖擊，所以在大轉(zhuǎn)矩的起動場合，限流起動并不一定適用。
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