异步电动机自适应节能控制器的研究

【摘要】： 三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通上三相电源后,产生旋转磁场并切割转子,获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点,被广泛应用于各个领域。但在很多行业中电动机的使用并不合理,电机常常工作在轻载甚至空载状态下,这使得电动机的功率因数和效率很低,不仅浪费了大量电能,而且降低了电网的供电质量。 本文首先对交流异步电机的能耗进行了分析,然后着重对异步电机的功率关系以及效率、功率因数、最小电流与转差率之间关系进行了深入分析。在此基础上还对工厂电费构成结构进行了详细分析。本文在以上理论分析基础上,从如何最大限度降低异步电机耗电费用出发,提出了最小输入有功功率最优控制方法来控制异步电机经济运行。最小输入有功功率最优控制不仅可以最大限度的降低异步电机轻载时耗费的有功电量,同时也能有效提高功率因数。考虑到电机负载变化以及电网早晚压差较大的情况,本电机节电控制器会随着负载变化以及早晚电压波动自动寻找最佳工作曲线。本文对三相三线制接法的异步电机有功功率的计算方法进行了分析,为最后实现最小输入有功功率最优控制奠定了理论基础。 在电路设计方面,本文选择了ATmega16L单片机作为节电控制器的主控芯片,由于ATmega16L单片机I/O口具有大电流10~20mA(输出电流)或40mA(吸电流)的特点,所以省去了很多外围驱动电路。本文所设计的节电控制系统还包括了过载保护、缺相保护以及三相不平衡保护等故障判断和保护功能,提高了电机寿命,从而也极大降低了电机的使用成本。最后通过大量的实验证明,该节电控制器节电效果明显,控制系统稳定可靠,具有很好的推广和应用前景。 【关键词】：三相异步电动机 最小输入有功功率最优控制 AVR单片机
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM343
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-12
• 0.1 课题背景和研究意义8-9
• 0.2 国内外节能电机控制器及相关技术发展和研究现状9-10
• 0.3 主要研究内容10-12
• 第一章 异步电动机能耗及电机调压特性分析12-26
• 1.1 交流异步电机的能耗与效率分析12-18
• 1.1.1 能耗分析12-13
• 1.1.2 异步电机的功率关系13-15
• 1.1.3 效率、功率因素、最小电流与转差率的关系15-18
• 1.2 电动机降压节能和调压特性分析18-22
• 1.2.1 异步电机负载特性分析18-20
• 1.2.2 异步电动机调压特性及节电控制方法分析20-22
• 1.3 工厂电费与有功电量、功率因数之间的关系22-23
• 1.4 异步电机三相有功功率的测量方法23-26
• 1.4.1 功率公式23
• 1.4.2 三相有功功率的测量23-26
• 第二章 异步电机节电控制器的硬件平台设计26-34
• 2.1 系统概述26-27
• 2.2 系统硬件电路设计27-34
• 2.2.1 ATmega16L 单片机27-29
• 2.2.2 单片机最小系统29
• 2.2.3 供电电源设计29-30
• 2.2.4 三路电流过零信号检测电路设计30
• 2.2.5 触发电路设计30-31
• 2.2.6 电压电流检测电路设计31-33
• 2.2.7 键盘及显示电路设计33-34
• 第三章 系统软件设计34-41
• 3.1 控制系统软件设计34-36
• 3.2 软起动与软刹车程序设计36-37
• 3.3 最小输入有功功率最优控制程序的设计37
• 3.4 电流过零与触发脉冲子程序设计37-39
• 3.5 故障保护子程序39-41
• 3.5.1 过载保护子程序设计39
• 3.5.2 缺相及三相电流不平衡保护子程序设计39-41
• 第四章 系统实验结果分析41-43
• 4.1 系统实物图41
• 4.2 数据对比分析41-43
• 结论43-44
• 参考文献44-46
• 致谢46

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