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摘 要 ：异步电机在工农业生产中应用非常广泛。在电机起动时，会产生较大的电流，对系统本身以及电网都会产生较大的影响，并造成了电能的浪费。当电机的负载低于额定负载的75%时，效率较低，造成了能源浪费。经过理论分析，设计了一种电机智能节能控制器，用于电机的节能、软起动和运行保护。

关键词： DSP 软起动 节能 自适应控制

1 引言

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我国的能源政策是注重能源资源节约和公道利用。缓解我国能源资源与经济社会发展的矛盾，必须立足国内，明显进步能源资源利用效率。果断实行开发和节约并举，把节约放在*的方针。鼓励开发和应用节能降耗的新技术。2004年，我国为电力、煤炭、石油等能源价格上涨而付出的代价高达百亿美元，而能源短缺间接对国民经济造成的经济损失更难以用具体的数值来估量。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。电动机是电能消耗的zui大用户，也是节电潜力zui大的用户。在产业生产中电机是zui重要的原动力设备，据统计电机用电量占总发电量的50% 以上。在额定负载四周，电机的效率zui高，通常都在80% 以上，当负载下降之后，效率随之明显下降。而电机选型时是按照需要的zui大负载和zui坏情况下所需要的功率而定的，因而大多数情况下，电机运行在轻载情况下;在轻载或不均匀负载情况下，电机的运行效率都较低。因此，进步这些电机的运行效率，可以明显节省电能。异步电机的启动性能较差，全压启动电流约为额定电流的4～8倍，对于大功率电机，将对电网产生很大冲击，影响同一电网中其他用电设备的正常工作;同时，全压起动对电机的机械部分也产生大的冲击，缩短机械部分的使用寿命。若采用软起动措施，平稳升高起动电压，直至正常工作，这样既改善了电机起动对电网的冲击，也减小了机械部分承受的冲击。交流感应电机存在的zui大题目是:它输出的转动扭力无法配合起动和运行时的负载扭力。电机起动时，通常在几分之一秒内产生正常时150%至200%的扭力，令负载增至正常速度，这会导致驱动结构受到*的冲击力矩损害。与此同时电机产生比平常高4～8倍的起动电流，影响供电系统的稳定性。当电机长时间处于半负载状态时，它的铜线圈绕组产生过量磁通，导致电机效率下降。该电流（通常称为感应电流）是固定的，致使电机浪费了约30%至50%的电能。

2 调压节能和限流软起动的理论分析

2.1 调压节能的基本原理
调压节能的基本原理是利用异步电动机轻载时效率很低，降低输进电机的端电压以降低空载损耗来进步效率。电机端电压降低后，气隙主磁通也成正比下降，由Φ∝Ｅ2∝U2;电机定子电流中的励磁分量Io也会随着下降。由于饱和程度的下降，使Io的值随Ｅ2下降的幂次大于1。但Φ下降时，假如电机的负载转矩不变，则转子电流I2将上升，有I2∝ 1/Φ ∝ 1/Ｅ2。这些变化对电机损耗的影响如下:转子铜耗PAI∝I22∝ 1/E22，定子铁耗PFE∝φ2∝E12，定子电流I1是I2及Io的矢量和。电压下降适当时，电流I1可以减小，铜耗也相应减小。机械损耗则一般变化不大，杂耗随定转子电流而变。因而总损耗是否能减小，取决于铁耗｀定子铜耗和转子铜耗三者的关系，很重要的取决于定子电流是否能减小。当电机轻载或空载时，I1中Io分量所占比例较大，I2分量所占比例较小，定子电流是能够减小的，降压运行可以达到降压节能的目的。
2.2 限流软起动原理
异步电机的Γ型简化模型如图1所示。

图1 异步电机的Γ型简化模型

r1和分别是定子绕组的电阻和漏抗，和分别为折算后转子的电阻和漏抗，rm和xm分别为励磁电阻和励磁阻抗，s为转差率.
由简化模型可以求出异步电机的机械特性数学表达式:
在起动时，转子转速n2 = 0 ,转差率S = 1 ，此时机械特性方程式为:
又由于在电机起动时，

从上面讨论得到的电机简化模型可知，起动时，S = 1，
大很多，忽略励磁电流时，视Zm为开路，则: 
起动转矩MST与定子每相电流的关系如下: 
式中:MN: 异步电机的额定电磁转矩;IN:异步电机的每相额定电流;SN:异步电机的额定转差率
通常感应电机的SN很小，一般为0.01～0.05，所以要获得较大的Mst倍数，必须要求有较大的起动电流倍数。限流起动时，若限流值Ist较大，则电机的起动转矩Mst也大。因此电机达到稳定转速的时间越短，起动也越迅速。但是，为了起动的时候保证有一定大小的起动转矩，起动电流的选择不能太小，限流值的选择要大小合适。而在大转矩的起动场合，限流起动则不一定适用。这是为了满足大的起动转矩，要求大的起动电流Ist之故。而当起动电流Ist过大时，会引起对电网的较大冲击，所以在大转矩的起动场合，限流起动并不一定适用。 

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