基于LADRC的异步电动机降压节能技术
第３０卷第２期 ２０１８年２月 电力系统及其自动化学报 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＳＵ－ＥＰＳＡ ＶｏＩ．３０ ＮＯ．２ Ｆｅｂ．２０１８
基于ＬＡＤＲＣ的异步电动机降压节能技术
周雪松，崔皓博，马幼捷，高志强
（天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津３００３８４）
摘要：为了实现异步电动机在轻载状况下高效运行，将自抗扰控制策略应用于异步电动机降压节能技术中。首 先对电机轻载运行状况和调压节能原理进行分析，推导出不同负载率下的最优电压值，介绍了调压模块的原理。 然后设计线性自抗扰控制器，在负载变化时利用调压电路改变电机输入电压，使其跟踪最优电压以实现节能。 最后通过仿真分析，结果表明线性自抗扰控制器比传统比例积分微分控制更具有良好的跟踪效果和响应速度。 关键词：异步电动机；调压；自抗扰控制；最优电压 中图分类号：ＴＭ３４３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—８９３０（２０１８）０２—００４３—０６ Ｄ０Ｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３—８９３０．２０１８．０２．Ｏ０８
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇ ｆｏｒ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＡＤＲＣ
ＺＨＯＵ Ｘｕｅｓｏｎｇ，ＣＵＩ Ｈａｏｂｏ，ＭＡ Ｙｏｕｊｉｅ，ＧＡＯ Ｚｈｉｑｉａｎｇ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ０±ａｎ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｉｎ ｌｉｇｈｔ １ｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃ－ ｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＤＲＣ）ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｌｕｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄ ｒａｔｅｓ ａｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａ ｌｉｎｅａｒ ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＬＡＤＲＣ）ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｖｏｈａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃｈａｎｇｅｓ，ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｖｏｈａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｔｒａｃｋｅｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ＬＡＤＲＣ ａｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ—ｉｎｔｅｇｒａｌ—ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｖｏｈａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｏｐｔｉｍａｌ ｖｏｌｔａｇｅ
异步电动机因其结构简单，价格低廉，坚固耐 用等优点，故作为工业主要的动力负载，广泛地应
用于人们的日常生活中。据有关统计数据，我国 异步电动机一年的耗电量可以占到全国工业总用
电量的６０％一７０％。但实际情况下，人们根据负载 情况选择异步电动机容量时，为了保证电机运行
的安全性，通常过大地选择其安全余量，这就使得
异步电动机在运行过程中常常处于轻载，甚至在 负载变化不定的场合可能处于空载运行，这种“大 马拉小车现象”就造成了电机在实际运行过程中
电能的极大浪费ｎ’２１。在电机处于空载或者轻载的
情况下，电机负载率很低，输出有功功率很小，但
是无功功率受电机负载的影响不大，这时电机内 部的各种损耗将占电机输入功率的很大一部分。
收稿日期：２０１７—０８—２４；修回１３期：２０１７—０９—２６ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０８７７０５３） 故此时电机运行的功率因数很低，电机的效率也 很低，如若在这种运行状况下，采取一些措施在保
证电机输出功率不变的情况下降低电机内部损 耗，便可以达到节能的目的。
本文主要介绍一种基于自抗扰控制的异步电 动机降压节能控制策略，主要是通过降低电机定
子侧输入电压使得电机内部各种损耗之和最低， 以此来提高电机运行的功率因数，提高电机运行
的效率，从而达到节能的目的。
１异步电动机降压节能的原理概述
１．１ 电机轻载运行状况分析 异步电动机等值电路如图１所示。图中， 和，一 代表电机定子电压和电流；
代表转子电流；， 代表 ·４４· 电力系统及其自动化学报 第２期
图１异步电动机等值电路 Ｆｉｇ．１ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ 励磁电流；ｒｍ和 分别代表电机激磁电阻和激磁电
抗；ｒｌ和ｒ 分别代表定子电阻和转子电阻；Ｘｌ和 分 别代表定子漏抗和转子漏抗；ｓ代表转差率。 当电机启动后达到稳态时，在电机定子侧加定
子三相电压，其功率因数为ＣＯＳ ，其输入功率Ｐ．为
Ｐｌ＝３Ｕ－Ｌｃｏｓ ｌ （１） 电机内部的损耗有７种，包括定子铜耗、定子
铁耗、转子铜耗、转子铁耗、机械损耗、杂散损耗和 附加损耗。但通常在研究电机内部损耗的时候只 考虑其主要损耗，即定子铜耗、定子铁耗和转子铜 耗。其中，定子铜耗为 Ｐｃ ｌ＝３１ｆｌｒｌ （２）
定子铁耗为 Ｐ ＝３ ｒ （３）
转子铜耗为 Ｐ ＝３ ｒｉ （４） 三相异步电动机运行时的总损耗∑Ｐ为
∑Ｐ＝Ｐ ＋Ｐｃ ｌ＋Ｐｃ ２ （５） 则三相异步电动机的运行效率卵为
ｒ／＝Ｐ ／ｖ ＝Ｐ２／（ｐ ＋∑Ｐ） （６）
式中，Ｐ。为输出功率。
当电机处于额定负载状况下运行的时，其输出
功率尸，很大，电机内部损耗∑Ｐ只占电机输人功率
Ｐ 的很小一部分，此时的电机运行效率很高ｌ 。但
是当电机负载很小的时候，即电机处于轻载状况下
运行的时候，其输出功率Ｐ，很小，理论上空载时Ｐ
为０，但考虑实际中总有一些摩擦损耗，也做轻载处 理。而电机轻载状况与满载相比，虽然其转子电流 减小导致转子铜耗Ｐ 减小，但是电动机铁耗Ｐ
不受电机转子电流减小的影响，基本上保持不变。 同时，由磁动势平衡方程可知
１１＝， ＋（一 （７） 受励磁电流，ｍ的限制，定子电流， 下降幅度也不
大，即定子铜耗Ｐ 。也没有发生很大变化。综上所
述，当电机处于轻载的状况下，电机内部总损耗∑Ｐ 占电机输入功率的比重很大，这就导致电机运行效 率低，造成电能严重的浪费。 １．２降压节能原理 如果采取措施适当地降低电机定子侧输入电 压 ．，由等值电路可以看出，对定子侧的影响，会导
致定子电流， 减少，造成定子铜耗Ｐ 的减小。同
时，励磁电流，Ｊ１减小，导致主磁通 降低。铁耗参
数公式为
ＰＦ。＝ 。 Ｂ （８）
式中：Ｋ为系数；ｆ为磁通变化频率； 为磁通密度。
由式（８）可知，铁耗Ｐ 。也将减小。对转子侧的影响
中，电磁转矩为
Ｔｅ：ＫＴ Ｉ２ｃｏｓ ２ （９） 式中： 为转矩常数； 为主磁通；ｃｏｓ 为转子功
率因数。由式（９）可知，主磁通 的降低，必将导
致电磁转矩 的减小。此时在负载转矩 不变的
情况下，转子转速ｎ，必将下降，转差率ｓ增加，转子
转速 ，与主磁通同步转速 ．间相对旋转速度变大，
导致转子电流 增大，使得电磁转矩 与负载转矩
再次达到平衡，电机继续平稳运转 。
综上所述，降低电机定子电压 。会造成定子铜
耗Ｐ 和定子铁耗Ｐ 。降低，同时转子电流，， 的增
大，又会导致转子铜耗Ｐ 的增加。但是在电机轻
载运行时，定子铜耗Ｐ 。和定子铁耗尸 降低量要远
远大于转子铜耗Ｐ 的增加量，使得总损耗∑Ｐ减
少，而且必定存在一个最优电压值，使得电机内部
损耗最小，电机运行效率最佳。
２最佳电压原理分析
当电机处于恒转矩负载时，适当地调节电机定
子端电压，异步电动机的转速基本不发生变化。异 步电动机的输出功率和输出转矩的关系为
Ｐ ： （１０）
式中，／１，为实际转速。由式（１０）可知，当输出转矩和
转速不变时，电机的输出功率也基本不变。
异步电动机的铁耗为
ＰＦ ＝（Ｐ０一Ｐ ）（Ｋｕ） （１ １）
式中：Ｋｕ＝ ， 为电机实际的输人电压， 为电机
额定电压； 为空载损耗； 为机械损耗。
异步电动机的铜耗为
＝ＰＮ（ －－１ ） ，
第３Ｏ卷 周雪松等：基于ＬＡＤＲＣ的异步电动机降压节能技术 ·４５·
式中：尸 为额定功率；７／ 为额定效率； 为异步电机
实际的负载率，／３ ／＂２。
由式（１１）、式（１２）可以看出，电机的铁耗与电 压的平方成正比，电机的铜耗与电机电压的平方成 反比，当电机处于恒转矩负载时，适当地降低定子 端电压，电机的铁耗降低，同时电机的铜耗会增加， 那么必然存在一个最佳电压，使得电机运行时内部 损耗最小 。
设电机总损耗Ｐ。 为
Ｐ ＝Ｐｃ ＋ＰＦ。＝
＿１）＿Ｐ。 ＋（Ｐ０－Ｐｍ）（
（１３） 由数学知识０＋ｂ≥２何得：当且仅当Ｐ ＝Ｐ
时 最小。故由［ＰＮ（ 一，）＿Ｐ。 ＝
（Ｐ０一Ｐ ）（Ｋｕ） 可导出
Ｋｏｐｔ （１４）
式中， 为最优调压比。
由式（１４）可以看出，电机的最优电压和负载率 有关，对于电机每一个不同的负载率，都对应不同 的最优电压，使得电机内部铜耗和铁耗之和最小， 电机运行在最佳工作状态。
３调压模块的原理分析
调压模块是由双向可控硅三相调压电路构成， 其电路结构是由三对反并联的晶闸管组成，其中每
相都有２个晶闸管反并联ｕ “】。 本文采用相控式调压电路。三相交流调压电 路的工作原理与单相交流调压电路的工作原理相 同，本文以如图２所示的单相交流调压电路来分 析，同样适用于三相电路。
图中， 为晶闸管的触发角， ＜ ＜订； 为阻 抗角；０为导通角，０＝１Ｔ— ＋ 。当负载为电机时，
图２调压电路 Ｆｉｇ．２ Ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ 阻抗角 与电机内部等效阻抗有关，而电机阻抗又 随转差率５而变化，所以阻抗角 是一个变量。设 输出电压的有效值为 ，则由图可知
三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究
三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究
三相异步电动机是目前工业中最常见的电动机之一，其能够提供大功率输出的同时，还具有经济可靠、结构简单、维护方便等特点。然而，在使用过程中，由于其效率较低，会带来一些能源浪费问题。因此，进行三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究，对于工业企业的节能减排具有重要意义。
一、三相异步电动机的经济运行
1.正确认识工作条件：合理选择电动机的额定功率和负载率，避免过大或过小的负载，以提高电动机的运行效能。
2.降低电压起动：电动机在起动过程中，电流峰值会超过额定电流，造成启动电力过大。因此，可以采用变频器、软起动器等设备来降低电压起动，从而降低电机启动时对电网的冲击。
3.功率因数校正：由于三相异步电动机的载荷变化，其功率因数会波动，导致整体系统的电力质量下降。可以通过加装功率因数补偿装置，来提高电动机的功率因数，从而减少潜在的功率损耗。
4.选择高效电机：根据具体情况，选择高效率的电动机。例如，根据改进设计、提高材料等方式来减小转子、转子绕组等部件的损耗，从而提高电动机的效率。
二、三相异步电动机的节能技术
为了进一步提高三相异步电动机的能源利用率 1.变频调速技术：变频调速技术能够将电机的转速与负载相匹配，避免了传统直接启停带来的能耗浪费。此外，变频器还有提高功率因数、降低谐波、减少电机启动电压等功能，能够降低电机的能源消耗。
2.负载优化控制技术：通过优化负载控制策略，实现电机在工作过程中的最佳工作点。例如，在流量控制系统中，采用变频器和流量控制器配合的方式，根据实际的流量需求来调整电机的工作状态，从而减少能耗。
3.电机绝缘、轴承等节能改造：根据电机使用情况，对电机的绝缘材料、轴承等部件进行改造，以降低电机的损耗，提高效率。
4.应用先进的控制技术：结合先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，优化电机的工作方式，提高其运行效率。
总之，三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究对于工业企业来说具有重要的意义。通过合理的工作条件选择、降低电压起动、功率因数校正以及选择高效电机等方法，可以提高电动机的经济运行水平；而通过采用变频调速技术、负载优化控制技术、电机绝缘和轴承等节能改造以及应用先进的控制技术等方式，可以进一步降低三相异步电动机的能耗，实现节能减排的目标。
浅析异步电动机降压起动技术
Ｃｈｉｎａ Ｓｃ；ｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏ・。ｇｙ Ｏｖｅ ｗ 工艺设计改造及检测检修
浅析异步电动机降压起动技术
张宏达 （辽阳石化分公司尼龙厂电气车间，辽宁辽阳１ １ １００３）
【摘要ｌ在我国工农业经济飞速发展的新形势下，许多工农业生产越来越多的使用各种电动机，用于搅拌器，压碎机、水泵、电梯、传送带等机 械设备。受电网容量限制和保护其他用电设备正常工作的需要，要在电机起动过程中采取必要的措施。随着电力电子技术和微处理器技术的不断发展， 软起动器从生产工艺、使用性能都得到了很大提高，成本不断降低，逐渐取代了传统的自耦式、Ｙ一△等降压起动方式。比较各种起动方法，在目前对于 系统的可靠性、智能化、网络化等的要求不断提高，采用交流软起动器作为电机的起动设备，不失为一种既可靠又经济实用的方式。 【关键词ｌ异步电动机降压起动软起动
１异步电动机直接起动的危害
在我国工农业经济飞速发展的新形势下，许多工农业生产越来
越多的使用各种电动机，用于搅拌器，压碎机、水泵、电梯、传送带等
机械设备。但是交流电动机的起动一直是个难以解决的问题，这种
突然而急剧起动造成的经济损失和各种故障一直困扰着人们。异步
电动机的全压起动可造成以下几种危害：
（１）引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行。交流电动
机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的４～７倍，当电机
的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响
同电网其它设备的正常运行。
（２）对电网的影响。对电网的影响主要表现在两个方面：①超大
型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电
网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。②起动电流中含
有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保
护误动作、自动控制失灵等故障。
（３）伤害电机绝缘，降低电机寿命：①大电流产生的焦耳热反
复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。②大电流产生
三相异步电动机的节能技术分析
・７０・ 科技论坛
三相异步电动机的节能技术分析
常德宝
（佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯１５４００２）
摘要：经济的发展在很大程度依赖自然资源和能源，但是，由于自然资源和能源的有限性，因此，节能技术应运而生。节能技术指的
是通过目前较为先进的科学技术来避免现阶段工业发展造成的不必要的能源和资源的浪费，最终实现节约能源的效果。三相异步电动机 指的是在工业操作中大量和广泛使用的一种工具，目前全世界对于三相异步电动机的使用量也逐渐加大，在我国，三相异步电动机的耗
电量比重更大，一般占据全国总耗电量的百分之六十到七十，因此，这些数据表明，如果我国可以相对降低三相异步电动机使用的耗电
量，将会大量降低我国的能源消耗量，同时对于构建低碳社会有着不可小觑的重大意义。 关键词：三相异步电动机；耗能量大；节能技术
现代经济社会的发展带动了科学技术的进步，目前我国的工业
发展已经达到了高速发展的程度，给我们的生活带来了更多便利的 同时，工业的发展不可避免的会对现有的自然资源和能源产生一定
程度的破坏。三相异步电动机是工业社会中常用的电动器械，为我
国乃至全世界的工业发展都起到了相当重要的作用，但是，三相异 步电动机的使用的电量占用我国每年总耗电量的一半以上，所以，
如果通过节能技术手段来对三相异步电动机的耗电量进行必要的
控制，将大大降低国家电能消耗。本文将主要讨论三相异步电动机
的节能工作原理和节能技术难题，并针对这些问题提出相应的技术 措施。
１三相异步电动机的节能技术概述
１．Ｉ简述三相异步电动机节能技术
三相异步电动机指的是在目前工业运行中常常被使用的一种 动力机械，三相异步电动机的成本价格很低并且构件非常简易，除 此之外它的本身材质十分坚硬，同时耐用性强，通常在外界条件十
分恶劣的情况下依然可以稳定工作，因此目前三相异步电动机在工
业领域中被广泛使用。但是三相异步电动机的耗电量很大且工作效 率很低，如三相异步电动机在处于满负荷的工作状态时，其最大的
三相异步电动机节能设计
电气工程课程设计（报告）
目 錄
1.设计要求 .............................................................. 2
2.异步电机损耗分析及调压节能基本原理 ................................ 2
2.1交流异步电机的能耗与效率的分析 ................................ 2
2.2降压节能原理 ..................................................... 6
3.节能控制系统的硬件设计 ............................................ 10
3.1节能控制系统总体方案设计 ...................................... 11
3.2系统主要功能模块电路设计 ...................................... 12
4.系统举例与分析 ...................................................... 15
4.1检测目的 ......................................................... 15
4.2空载时降压对电机功率因数的影晌 ............................... 15
4.3不同负载率下电效果 ............................................. 16
总结 .................................................................... 17
参考文献 ............................................................... 18 电气工程课程设计（报告）
异步电动机的节能方法分析汇编
1 论文题目：异步电动机的节能方法分析
摘要：当今，节能行动进行得如火如荼，工农业生产中大量使用异步电动机，针对异步电动机的特点、结构、以及新技术的应用，本文从提高电动机的利用率，降低电能的损耗方面分析异步电动机的节能方法和原理。
关键词：异步电动机 节能方法
论文内容：
电动机的应用在我们生活中已成为必需，电动机的用电总量也越来越多，约占我国用电总量的70%以上，其中中小型异步电动机的用电量约占总用电量的30%，而电动机的损耗约占额定输出功率的6.5%~23%，如何减少这一部分损耗是攻克电动机节能的主要课题。下面就异步电动机的几种节能方法及原理做些浅要的分析。
一）适当选择电动机的容量
用电设备选择不当，造成“大马拉小车”或“小马拉大车”的现象，无疑会造成对电能的浪费。比如某水泵的实际功率只有12KW，若采用JQ2—72—4型电动机，其功率为30KW，则其负荷率仅为40%，明显是“大马拉小车”了；若改用JQ2—61—4，13KW的电动机，则大大减少了浮装容量，功率因数、负载率均得到了提高，功率损耗减少节省了电能。实用中若负载率经常低于60%的电动机，应改用适当的小容量的电动机。
二）采用Y/△自动转换装置
很多设备的负载不均衡，且运行时负载功率较大，重载时负载率达到70%以上，如车床、冲床、皮带运输机等，因其重载时输出功率大，故而不能象上面将大电动机改换成小容量电动机。然而这些设备上的电动机轻载时间长，其轻载时负载率也只有10%~40%，为了解决轻载时对电能的浪费现象，在不更换电动机的前提下，我们可以采用Y/△自动转换装置以达到节电的目的。
因为三相交流电网中，负载的不同接法所获取的电压是不同的，因而从电网中吸取的能量也就不同。 2 当电动机做Y形接法时，流过电动机绕组的电流IY为：
IY =ZU3
当电动机做△形接法时，流过电动机绕组的电流I△为：
I△ =3ZU
从上两式不难看出，当电网的电压不变时，电动机做△形接法和Y形接法时的电流之比为 I△：IY=3：1。也就是电动机Y形接法与△形接法相比，前者的线电流只有后者的1/3，因而Y形接法可使电动机的铜损、铁损降低，电动机效率提高。
异步绕线电动机节能研究
异步绕线电动机节能研究
课题组长：宗士杰
课题成员：孙德水李继红
一、异步绕线电动机节能方案的提出
１．异步绕线电动机转子以低于同步速度运行，旋转磁场在转子中产生感应电流，转子感应电流与定子旋转磁场作用产生电磁力矩。本方案提出，异步绕线电动机在异步起动后改为同步运行。充分利用异步绕线电动机启动方便的特点，当其转速接近同步转速后，将转子改为由外加直流电源提供励磁电流产生磁场，使转子与定子旋转磁场同步旋转变为同步运行的电动机运
行． ２．异步绕线电动机改为同步运行的优点： （１）．仍采用异步起动，在异步起动后再自动转为同步运行。因此，不需增加任何起动设备，保持异步电动机起动简便的特点： （２）．提高功率因数。异步绕线电动机运行中功率因数约为０．８－０．８７，如果改为同步运
行，功率因数可明显提高，甚至于超过１，可以向系统输送无功功率，提高系统运行水平； （３）．节约电能。一台１００ＫＷ异步绕线电动机的功率因数由。．８提高到０．９时，利用系
数取。５时，利用时间为１７５２Ｈ，一年可节约１７５２０ＯＫＷＨ电能； （４）．改变异步电动机不能调速运行的特性。异步绕线电动机改为同步运行后，不仅改善工作特性，还可以进一步节约电能：
二、目前电厂异步绕线电动机使用情况
表一目前北京各电厂异步绕线电动机使用情况
│电厂名称│机械负荷名称│电动机参数 │ │ │额定容量│额定电压（ＫＶ）│数量（台）│
│ │ │（ＫＷ） │ │ │
│北京一热│风泵 │７５ │３８０ │１ ││北京一热│风泵 │１３０ │３８０ │２ ││北京二热│空压机 │１３０ │３８０ │２ │
│北京二热│空压机 │１３２ │３８０ │１ │
│北京石热│空压机 │１３２ │３８０ │３ │
注：高井电厂、大港电厂运行设备中无异步绕线电动机。 （ｓ）．异步绕线电动机转子电压较低．以ＹＲ３００系列异步绕线电动机为例，当其容量小于１０００ＫＷ时，转子电压仅为定子额定电压的４９％＾＇９４％。异步绕线电动机改为同步运行仅限于
异步电动机降压启动方法
- 1 - 异步电动机降压启动方法
异步电动机是一种常见的电动机类型，它具有结构简单、运行可靠等优点，在各种工业应用中被广泛使用。在启动异步电动机时，由于其启动电流比较大，所以需要采取降压启动方法。本文将介绍异步电动机降压启动的方法。
异步电动机降压启动方法一般有以下几种：
1. 自耦降压启动法：该方法是通过在电动机的两个绕组之间串联一个自耦变压器，将电动机的电压从额定电压降低到较低的启动电压，然后再逐步升高到额定电压。该方法简单、可靠，但是自耦变压器的电压比较低，容易引起较大的高次谐波，影响电力系统的稳定性。
2. 电阻降压启动法：该方法是通过在电动机的电源电路中串联一定电阻，将电动机的电压降低到启动电压，然后逐步减小电阻，使电动机的电压逐步升高。该方法简单、实用，但是电阻会消耗大量的电能，降低电动机的效率。
3. 自动变压器降压启动法：该方法是通过在电动机的电源电路中串联一个自动变压器，将电动机的电压从额定电压逐步降低到启动电压，然后逐步升高到额定电压。该方法可以减小启动电流，提高电动机的效率，但是自动变压器比较昂贵。
4. 变频器降压启动法：该方法是通过在电动机的电源电路中串联一个变频器，将电源电压转换成可调的交流电源，然后控制变频器的输出频率，使电动机的电压逐步升高。该方法可以实现精确的启动控制，可以减小启动电流，提高电动机的效率，但是变频器的成本比 - 2 - 较高。
综合考虑各种因素，选择合适的异步电动机降压启动方法应根据具体情况而定。
基于电压控制的异步电机节能仿真
２０１０年第６期 （总第１３Ｏ期） 大众科技 ＤＡＺＨＯＮＧ ＫＥ Ｊ Ｎｏ．６。２０１０ （Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ Ｎｏ．１ ３０） 基于电压控制 晌异 电栅节链仿真 尚德基 （郑州广播电视大学，河南郑州４５０００７） 【摘要】针对异步电机的结构特点，介绍了异步电机节能降耗的方法和措施，重点对实际运行工况中常见的轻负载率、 长时间工作的异步电机采用降低电机端电压来达到提高电机工作效率的原理进行了分析，搭建了Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型，仿 真结果验证了原理的可行性。 【关键词】异步电机；节能；仿真 【中图分类号】ＴＭ３４３ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８—１１５１（２０１０）０６—０１４９—０２ （一）引言 交流异步电机由于自身所具备的优点，如结构简单、价 格低廉、坚固耐用、运行可靠、维护简单以及可用于恶劣环 境等优点，在国民经济和国防等领域得到了广泛的应用。各 行各业使用的各种类型的电机中，异步电机所占的比例大约 在８０％左右 。我国能源短缺比较严重，有效地做好异步电机 的节能降耗是非常必要和紧迫的。 基于异步电机的工作原理和不同的应用场合，文献［２］探 讨的异步电机主要的节能降耗技术和方法有以下几种：一是 正确选型；二是提高功率因数；三是调速节能，调速节能措 施包括串级调速和变压调速；四是变频调速；五是结构改进。 不同的节能降耗措施虽然都能够达到提高电机效率的目 的，但对于不同的生产企业和不同的应用场合，则各有利弊。 对一些已经投运的电机而言，几种节能降耗措施的应用，要 考虑到投资成本、不能影响生产运行等因素。在实际应用过 程中由于受到不同条件的制约，相比较而言，通过改变电机 端电压来达到节能的措施更为可行。对一些生产企业而言， 由于从变电站到企业的供电过程中，为了保证末端企业的电 压等级达标，通常情况下都会提高送电端的电压，导致企业 的用电电压长期超过标准运行，无形之中增加了企业的无为 的浪费，加大了企业生产成本。如果能够根据企业生产的实 际状况，在不影响企业正常生产的前提下，对电压适当地进 行调整，使得占企业生产用电比例最大的异步电机工作在最 佳工作状态，从而达到整个企业节能降耗的目的。 以河北邯郸某地区的面粉加工厂为例，该面粉加工厂的 主要用电负荷为拖动磨面机运转的异步电机，在实际测试中， 就发现电压长期超标，为了调整电压来达到节能降耗的目的， 就有必要对其进行仿真分析，从而找到最佳的调控策略。 （二）异步电机调压节能模型分析 在文献［３］中，作者探讨研究了对一固定的电机，不同负 载率下的电机效率，以及在不同机端电压下电机的效率等问 题，得出了在不同负载下按一定规律改变运行中电机端电压， 可以使电机效率达到额定值的重要结论，详细推导过程见文 献［３］。 ＝ｆｌＰＮ （１） 式中， ：电机轴输出功率；晶：电机额定功率； ： 电机负载系数，是一个小于ｌ的数； 电机端电压为额定值时，任意负载下的效率 ａ： 一 一 赢 本 式中， ：电机额定输入功率；Ｐｏ ：电机空载有功损 耗。 电机端电压不为额定值时，任意负载下的效率 ： ） 电机端电压为额定值时任意负载时的有功损耗 ： ＝ｐ（１一 ．ｖ） ＋（１一Ｐ）Ｐｏ。 （４） 式中： ：额定电压下任意负载时的有功损耗； 。：空 载有功损耗。 改变电机端电压时的任意负载下的电机有功损耗 ： ＝ （１一ｒ／Ⅳ） Ⅳ （５） （三）调压节能仿真模型 Ｍａｔｉａｂ是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能 【收稿日期】２０１０—０３－０２ 【作者简介】尚德基（１９７７－），男，河南南召人，郑州广播电视大学讲师。 一
基于空、轻载运行的异步电动机降压节能器设计及仿真的开题报告
基于空、轻载运行的异步电动机降压节能器设计及仿真的开题报告
一、研究背景和意义
随着工业生产的不断发展，电动机的使用越来越广泛，其所消耗的能量也越来越多。提高电动机的能效已成为减少能源消耗、缓解环境污染和实现可持续发展的重要措施。其中，降压节能器作为一种有效的节能手段，逐渐被广泛应用于电动机的控制中。传统的降压节能器一般采用传统的电压降低方式，无法像异步电动机那样以空载、轻载运行下大幅度降低电机能耗。
因此，开发一种基于空、轻载运行的异步电动机降压节能器成为当前研究的热点方向之一。该节能器采用了先进的控制技术和智能化设计，能够在电机空载、轻载运行时降低电压并调整运行参数，从而有效节约电能。
二、研究内容和方法
本文主要研究基于空、轻载运行的异步电动机降压节能器的设计和仿真。具体内容包括：
1. 了解降压节能器的基本原理和现有实现方式。
2. 设计基于空、轻载运行的异步电动机降压节能器的电路结构和控制策略。
3. 利用Matlab/Simulink软件进行降压节能器的建模和仿真，对其节能效果进行评估。
4. 分析测试结果，进一步优化节能器的设计和控制策略。
本研究将采用文献调研、电路设计、软件仿真等方法进行，通过对电路结构和控制策略的系统设计和优化，得出最优方案，并利用仿真模型进行验证和测试。最后，将对模型进行实验验证，并与传统的降压节能器进行对比，评估其节能效果和应用价值。
三、预期成果
本研究旨在开发一种在空、轻载运行下能够降低异步电动机电能消耗的降压节能器，并通过仿真模型和实验验证，评估其节能效果和应用价值。研究成果包括：
1. 基于空、轻载运行的异步电动机降压节能器的电路结构和控制策略。
2. 降压节能器的Matlab/Simulink仿真模型和测试结果，以及与传统节能器的对比。
3. 对节能器的电路结构和控制策略进行优化和改进的方案。
预期成果将为异步电动机的节能控制提供新的思路和方法，并为实现工业生产的可持续发展做出贡献。
异步电动机软起动及降压节能仿真研究
异步电动机软起动及降压节能仿真研究
摘要：为了实现异步电动机在轻载或空载运行时通过降低其工作电压达到节能经济运行的目的，本文从异步电动机的T型简化模型着手，对异步电动机的能耗进行了详细分析，利用双向晶闸管的相控调压技术实现降压节能的基本原理，得出影响输出电压稳定性的关键因素——功率因数角的波动，通过对异步电动机节能控制系统进行仿真和分析，证明当对异步电动机实施软起动控制，使晶闸管的触发角以斜坡方式起动时，系统的起动性能会有很大改善，同时，引入功率因数角模糊自整定PID闭环控制，当异步电动机在空载或轻载进行降压节能经济运行时，系统整个调节过程的稳定性和可靠性都有了显著提高。
关键词：异步电动机，软起动，降压节能，仿真
1 引言
国外在电机节能方面的研究早于国内[1]，主要集中在电机本体节能设计方面[2]，优势在永磁电机设计和应用方面已经积累了丰富的经验，但是永磁电机的价格较高，在中国推广有一定难度。由于鼠笼式异步电动机结构简单价格较低，尤其是与永磁电机比较，更具有价格优势，所以国内鼠笼式异步电动机的应用非常普遍，占整个电机市场的76.5%[3]。而国内用户在电机选型设计上，为了保证电机可靠地工作均是采用“大马拉小车”，即电机的额定功率远大于负载的额定功率，造成电机在低效率下工作，所以近几年国内许多厂家开始针对鼠笼式异步电动机节能控制方面开始研究[4-6]。
本控制器与变频节能技术的比较也有其显著优势，该技术不同于变频节能的显著特点是不受负载类型限制，具有广泛地通用性，而变频节能[7]是通过改变电机的转速达到节能的，且只适用于恒功率或恒转矩负载（例如：风机、水泵、皮带机等），本文设计的控制器是通过降低电机在轻载时电机的工作电压，从而降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数和效率，在不改变电机的转速的条件下实现高效节能。
2 异步电动机的简化模型