趙云鵬

摘 要 文章分析了異步電機(jī)節(jié)能控制器制造的原理，論述了異步電機(jī)節(jié)能控制器的研究現(xiàn)狀，提出了今后異步電機(jī)節(jié)能控制器的研究方向，希望能為異步電機(jī)節(jié)能控制器的研究與改善提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞 異步電機(jī)；節(jié)能控制；研究

中圖分類號：TM301 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0065-01

異步電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格低廉、堅固耐用和能適應(yīng)惡劣環(huán)境而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、國防軍事等領(lǐng)域，是現(xiàn)代化生產(chǎn)運營中最主要的能源消耗設(shè)備。如若不能對異步電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行有效的控制，任憑其長期處于低效率工作狀態(tài)，必定會造成電能資源的巨大浪費。

1 異步電機(jī)節(jié)能控制器的原理

1.1 能耗分析

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，要求異步電機(jī)進(jìn)行高強度、不間斷的運行。這種強度高且連續(xù)性的運行勢必會造成各種損耗。

1）鐵損耗。鐵損耗是指異步電動機(jī)的主磁場在鐵芯中發(fā)生交變反應(yīng)時，所引起的鐵芯的渦流損耗和磁場的磁滯損耗。異步電動機(jī)在運行正常的情況下轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子鐵芯中磁通變化的頻率為每秒1～3周。從這一現(xiàn)象可以得出結(jié)論：異步電動機(jī)鐵損耗大部分為定子鐵芯損耗。另外，定子鐵芯損耗的大小取決于異步電動機(jī)所選用的鐵芯材料的性能、頻率及磁通密度。鐵損耗一般占異步電動機(jī)總損耗的20%～25%。

磁滯損耗=鐵損系數(shù)a×轉(zhuǎn)子磁通變化頻率×磁通密度2

渦流損耗=鐵損系數(shù)b×轉(zhuǎn)子磁通變化頻率2×磁通密度2

鐵心損耗=磁滯損耗+渦流損耗

2）機(jī)械損耗。機(jī)械損耗主要是指異步電動機(jī)的各個工作部分，在機(jī)器長時期、不間斷運轉(zhuǎn)的過程中相互摩擦所產(chǎn)生的損耗。通常包括通風(fēng)系統(tǒng)損耗、軸承摩擦損耗、繞線式轉(zhuǎn)子損耗和電刷摩擦損耗。電動機(jī)容量越大，通風(fēng)系統(tǒng)損耗越大，在總損耗中比重也越大。一般情況下，機(jī)械損耗占總損耗的10%～50%。

3）銅損耗。銅損耗，亦稱負(fù)載損耗，是繞制在異步電機(jī)節(jié)能控制器周遭的銅線，在通電的情況下溫度升高導(dǎo)致的功率損失，主要表現(xiàn)為發(fā)熱反應(yīng)。此損耗約占總損耗的20%～70%。

4）雜散損耗。雜散損耗主要包括兩個方面，其一是雜散鐵的損耗，這個方面又由兩個方面構(gòu)成：①氣隙諧波磁鏈在定子和轉(zhuǎn)子鐵芯表面的移動，在這種情況下，在移動的過程中，很可能會造成定子和轉(zhuǎn)子表面受到摩擦而損壞，從而影響其使用性能；②在定子和轉(zhuǎn)子移動的過程中，相互部件之間的卡槽也會產(chǎn)生強烈的摩擦，此時也很可能會造成磁阻變化，導(dǎo)致磁鏈內(nèi)部的脈動受到損耗，此時就會出現(xiàn)嚴(yán)重的損耗問題。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，雜散損耗占異步電機(jī)損耗的10%～15%之間，其損耗所占比例相較比較多，是一個值得重視和思考的問題。

1.2 降壓節(jié)能原理

異步電動機(jī)在使用的過程中，要想實現(xiàn)降壓節(jié)能，就必須要明確異步電動機(jī)的運行原理。首先，在運行中，分為兩種情況，第一種是滿載的現(xiàn)象，當(dāng)異步電機(jī)處于這種狀態(tài)時，如果突然增強或者減弱內(nèi)部電壓，就會造成其運行故障問題，并且會造成嚴(yán)重的后果。在滿載或者超載的情況下，電動機(jī)中的電壓如果繼續(xù)升高，則此時電動機(jī)中的磁通和電動勢會逐漸增加，處于一種超負(fù)載情況下運行，則會造成嚴(yán)重的損耗；反之，要降低鐵損，可以適當(dāng)?shù)慕档碗妱訖C(jī)運行時的電壓，鐵損與運行電壓之間存在著直接的關(guān)聯(lián)，兩者之間呈現(xiàn)一個反比例關(guān)系。第二種是空載或輕載現(xiàn)象，當(dāng)異步電動機(jī)處于這種狀態(tài)時，情況截然不同。輕載或空載運行時，所需的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定電壓。在異步電機(jī)實際的運行情況中，降壓運行并不影響轉(zhuǎn)子電流大幅度的增加或減少。對定子而言，降壓運行時，溫度升高變緩，運行效率和功率因素也得到改善，其鐵損耗也大幅度降低。因此，只要處理好電動機(jī)的負(fù)載量與電壓的關(guān)系，異步電動機(jī)在節(jié)能問題上的經(jīng)濟(jì)價值不可估量。

2 異步電機(jī)節(jié)能控制器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

2.1 異步電機(jī)節(jié)能控制器的現(xiàn)狀

1）國際上對異步電機(jī)節(jié)能控制器的研究取得了一定的進(jìn)展。其中從電機(jī)的設(shè)計制造入手開發(fā)的高效節(jié)能電動機(jī)，極大地提高了電動機(jī)工作的效率，節(jié)省了能耗。然而由于造價高昂，這一高效節(jié)能電動機(jī)并沒得到廣泛應(yīng)用。

2）電機(jī)節(jié)能控制采用調(diào)壓調(diào)速，即改變電動機(jī)的定子電壓就可以改變其電磁轉(zhuǎn)矩，使之適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。負(fù)載的變小使得電流變小，加上定子電壓的降低，可以實現(xiàn)電機(jī)能量損耗的減少。調(diào)壓調(diào)速由過去主要是利用偶合器或飽和電抗器串變?yōu)槿缃竦木чl管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以憑借流經(jīng)它的電流過零而自行關(guān)斷，無需另加換流電路。其主要優(yōu)點是線路簡單、調(diào)壓裝置體積小、價格低廉、容量大。

2.2 異步電機(jī)節(jié)能控制器的發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的起動方式起動時間長、電流沖擊大、安全性差、成本高昂。當(dāng)前，我國大力提倡節(jié)約能源，解決我國大量老式異步電動機(jī)損耗大的問題具有現(xiàn)實意義。

1）選擇ATmega16L作為節(jié)能控制器的主芯片。由于Atmega16L具有寬電壓、高速度、低功耗等優(yōu)越性，非常適合對實時性要求較高的電機(jī)節(jié)電控制。同時由于Atmega16L的I/O引腳具有很強的驅(qū)動能力，所以省去了外部驅(qū)動電路，這樣節(jié)省了成本，同時又提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2）80C196KB單片機(jī)作為節(jié)能控制器的主控芯片。經(jīng)實驗證明，這一方案能實現(xiàn)電壓和電流的精確檢測，在實際應(yīng)用過程中效果明顯。如，進(jìn)行電壓和電流的狀態(tài)顯示，當(dāng)電壓不穩(wěn)時可以進(jìn)行斷相保護(hù)，能有預(yù)測性地保護(hù)電機(jī)不被燒毀。但這一方案在實際應(yīng)用過程中還有不足之處，需要進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。如，解決電機(jī)在低壓節(jié)能運行時起動緩慢的問題，隨時根據(jù)需要變換初始值解決電機(jī)運行左右搖晃的問題。

3）根據(jù)異步電機(jī)節(jié)能控制器的研究結(jié)果，今后進(jìn)行異步電機(jī)節(jié)能控制器開發(fā)和完善時，可以從三個方面進(jìn)行創(chuàng)新：對異步電機(jī)外接節(jié)能控制器進(jìn)行試驗，雖然這種外接的方法在一定程度上比較復(fù)雜，但是對于要求精確定位，穩(wěn)定施工的項目來說，不失為一個可靠的選擇；對異步電機(jī)進(jìn)行智能控制，即人工進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，這種方法能在同一時間完成多個機(jī)器的起動，起動過程得到充分的優(yōu)化；完善電壓節(jié)能控制器的研究，低電壓輕載起動能創(chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)效益，這方面值得進(jìn)一步研究。

3 結(jié)束語

能源是工業(yè)的糧食，是農(nóng)業(yè)的血脈，是服務(wù)業(yè)的助推器。在能源日益缺乏的今天，異步電動機(jī)節(jié)能控制器的研究顯得尤為必要。本文結(jié)合國內(nèi)外研究成果、分析節(jié)能控制器制造的原理、根據(jù)實際需要、考慮實際問題，解決電機(jī)在生產(chǎn)中運行效率低，能源浪費嚴(yán)重的隱患，提出了今后異步電機(jī)節(jié)能控制器的研究方向，希望能為異步電機(jī)節(jié)能控制器的研究與改善提供有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]張震.異步電機(jī)節(jié)能控制器研究[D].西北工業(yè)大學(xué)，2007.

[2]謝靜.異步電動機(jī)自適應(yīng)節(jié)能控制器的研究[D].東北師范大學(xué)，2009.endprint