异步电动机功率因数控制讲解学习

异步电动机功率因数

控制

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异步电动机功率因数控制

摘要

根据异步电动机的多变量数学模型，以异步电动机节能运行为目的，研究分析了功率因数与异步电动机自身参数以及转差角频率之间的关系，得到相应的函数表达式，并以此作为建立功率因数控制系统的根据。在变频调速的基础上，对功率因数实施控制，建立功率因数闭环的控制系统。采用C8051系列单片机，同时采用高性能的智能功率模块（IPM）逆变功率器件等共同构成控制系统的主回路、控制回路，对功率因数控制系统的节能作用进行了实验验证。根据系统模型，利用MATLAB/SIMULINK 工具进行仿真研究。仿真结果表明，通过功率因数控制系统的作用，异步电动机在空载和轻载时有很多的节能效果。

关键词：三相异步电动机；功率因数

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢I

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仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢II 目录

摘要........................................................................................................................................... I 1 绪论.. (1)

2三相异步电动机调整功率因数节能原理 (2)

2.1三相异步电动机的运行特性分析 (2)

2.1.1负载变化对电动机稳定运行的分析 (2)

2.1.2电压变化对电动机的功率和功率因数的影响 (3)

2.2异步电动机的节能控制方法分析 (3)

3异步电动机功率因数控制系统 (5)

3.1硬件系统原理 (5)

3.2电压电流的检测及处理 (5)

3.3抗负载变化干扰电路 (7)

3.4IPM模块 (8)

结论 (9)

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仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢1 1 绪论

我国资源紧张，工业功耗大，特别是随着经济的快速增长，电能紧缺成为目前的突出矛盾，所以变频调速技术对于风机，泵类负载等工业电机的节能改造具有重要意义。但是，普通的变频调速装置在轻载或空载时效率低，不能使电动机处在最经济的运行状态。因此本设计通过分析研究功率因数与电机各项参数以及运行条件的关系，论证构成电机的功率因数控制系统，达到节能目的。通过仿真数据证明在实际中实现电动机的功率因数控制，能够降低生产成本，提高经济效率。通过试验得出实验结果，在实验台上验证了功率因数控制变频调速系统在节能方面应用的实际意义。

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仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢2 2三相异步电动机调整功率因数节能原理

2.1三相异步电动机的运行特性分析

2.1.1负载变化对电动机稳定运行的分析

当电动机工作在额定电压和额定频率时，负载的变化将引起电动机的转差率、定子电流、转子电流以及转矩的变化，从而又引起电动机损耗、功率因数、效率的变化。定义负载率 K 为表征负载变化程度的物理量，P P rn c

K 。 1.负载变化对电机损耗的影响

电动机带动额定负载时的总损耗分为不变损耗P c 和可变损耗P rn ，电动机从空载

运行到负载运行，由于主磁通和转速的变化很小，铁损和机械损耗近似不变，称为不变损耗。而定、转子的铜损和附加损耗是随负载变化而变化的，称为可变损耗。

2.负载变化对电动机功率因数的影响

由异步电机等效电路求得的总阻抗是感性的，所以对电源来说，异步电动机相当于一个感性阻抗，其功率因数小于1。空载时，定子电流基本上是无功的励磁电流，所以功率因数很低。当负载增加时，转子电流的有功分量增加，定子电流的有功分量随之增加，功率因数上升，由于在空载到额定负载范围内，电动机的转差率很小，所以转子功率因数角几乎不变，但负载超过额定值时，转差率变大，功率因数角也增大，转子电流的无功分量增加，使电动机的定子功率因数有所下降

3.负载变化对电磁转矩的影响

电动机在转子中感应的电流与旋转磁场相互作用产生转矩使电机旋转，并拖动机械设备转动。当电动机稳定运行时，负载转矩和电磁转矩相等。若负载增大，电动机偏离平衡点，使转差率增大，随之转子电流增大，电磁转矩也增大，直至等于负载转

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矩。如果负载转矩大于电动机的最大转矩，电动机则因不能承载而减速至停转。如果负载在小于额定值内变化，且转速为额定值时，电机可以稳定运行。

电动机在负载变化时的实际承载能力与负载率成反比，负载越小，承载能力越大，系统运行越稳定，反之，承载能力越小，系统的稳定性要降低。

2.1.2电压变化对电动机的功率和功率因数的影响

1.电压变化对输出功率的影响

对于恒转矩负载，特别是对于恒转矩在重载时的运行状况，电动机转速、负载转矩受电压的变化影响很小。因此电动机的输出功率基本不变，因此可认为，恒转矩负载时，电动机的输出功率与电压变化无关。对于变转矩负载，由于电动机在低速时也能稳定运行，因此允许的电压、转差率和相应的转速变化范围较大，而变转矩负载的阻转矩是随转矩变化而变化的，例如对风机、泵类的负载转矩与速度成平方关系。因此变转矩负载的输出功率将随电压的降低而降低，对于转差较小的电机，当电压下降，转速和输出功率随之下降的幅度很小，而对转差较大的电机，转速和输出功率随电压下降而下降的幅度较大空间。

2.电压变化对功率因数的影响

由于电压的降低总是使励磁电流减小，转子电流增大。尽管定子电流可能增大或减小，但定子电流与电源电压之间的相角总是减小的，所以，功率因数将随电压的增加而减小，随电压的减小而增大。

2.2异步电动机的节能控制方法分析

提高变频调速电动机的运行效率，节能优化的研究主要分为以下三个方向：改进电动机本身与变频调速装置的设计；研究异步电动机的效率优化控制策略；从整个系统的角度，研究多台电机的协调运行优化控制策略。

具体的实现方法有：

1.基于模型的效率优化控制需要检测或估计电机的转速和电流信号，由电机和损耗模型推导损耗最小或效率最高时的最优磁通值，这种方法可以实现变频调速系统的效率全局最优化，最优磁通直接由计算得到，控制速度快。但是，由于温度和饱和效应的影响，模型的参数在不同工况下变化明显，特别是对PWM变频驱动的异步电动仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3

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机，由于处于非正弦波电压下供电，电机气隙中存在大量谐波励磁电流产生的时间谐波磁场，这些谐波磁场增加了电机的定转子铁损，从而影响了模型的控制精度；

2.最小输入功率控制是在电机输出功率不变的前提下，通过在线搜索的方式使输入功率达到最小，实现节能目标，这种方法能实现电机传动系统的效率全局最优，不需要电机参数和模型的检验信息，但是，该方法的动态收敛速度不能另人满意，尤其不适用于负载变化快的调速系统；

3.最小定子电流控制的方法直接以定子电流最小为搜索目标，实现起来比较简单，但是只能实现部分效率的优化，而且其控制效果受到饱和现象和电机参数变化的影响，不能实现节能控制的全局最优。

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