張志莉

（上海ABB電機(jī)股份有限公司，上海200000）

對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)的探究

張志莉

（上海ABB電機(jī)股份有限公司，上海200000）

本文從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理入手，提出當(dāng)前的主流節(jié)能方法，為三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)工作提供有益的參考。

三相異步電動(dòng)機(jī)；節(jié)能方法；改造設(shè)計(jì)

1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

我們對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理進(jìn)行分析，可以看出三相異步電動(dòng)機(jī)的工作運(yùn)行的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部共同產(chǎn)生的感應(yīng)電流，進(jìn)行相互作用，而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)過(guò)程。

在三相異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的定子鐵心上，嵌有對(duì)稱的三相繞組，導(dǎo)條被均勻地分布，而且被銅環(huán)首尾相連形成了一個(gè)整體。因此，在對(duì)稱的三相電源上接上三相繞組，勢(shì)必會(huì)在定子氣隙、轉(zhuǎn)子氣隙之間形成一個(gè)轉(zhuǎn)速同步的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而根據(jù)電磁感應(yīng)定律所述，一旦轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)條被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割，其內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，又因?qū)l早已形成了閉合回路，所以電流勢(shì)必要通過(guò)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。而根據(jù)安培定律，我們可知，導(dǎo)條在選擇磁場(chǎng)中載有電流時(shí)勢(shì)必會(huì)受到電磁力，形成電磁轉(zhuǎn)矩，而轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機(jī)械克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行作功時(shí)，也就實(shí)現(xiàn)了機(jī)電能源轉(zhuǎn)換。

2 三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造方法

在三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造中，可控硅調(diào)壓裝置被普遍采用，該裝置可使電壓伴隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)三相異步電動(dòng)機(jī)可利用負(fù)載電流的大小變化進(jìn)行取值，并將取值指令反饋到可控硅導(dǎo)通角上對(duì)其進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過(guò)三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化去自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電壓的目的。

其實(shí)質(zhì)在于可控硅降低并切斷了三相異步電動(dòng)機(jī)等值電路中的正弦波。因此，可控硅導(dǎo)通角越小，電機(jī)端的電壓也就越低。所以，改變電壓時(shí)，機(jī)械損耗P0不變，鐵耗與附加損耗（PF0+PM）正比于V2，而定子銅耗PCU1，則正比于I2。因此，當(dāng)電機(jī)輕載降壓時(shí)，I與PCU2都會(huì)下降，S則會(huì)上升。但實(shí)際上輕載給S所帶來(lái)的變化極少，所以PCU2在輕載電壓變化中產(chǎn)生的變化也可被忽略不計(jì)。而三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)約的有功損耗則主要是PCU1，PCU2共同降損帶來(lái)的結(jié)果。與此同時(shí)，無(wú)功損耗Q與V2的正比關(guān)系，V的下降勢(shì)必會(huì)直接引發(fā)Q下降，進(jìn)而三相異步電動(dòng)的運(yùn)行效率、功率因數(shù)能夠被有效提高。

正是因?yàn)榭煽毓枵{(diào)壓器裝置具備無(wú)觸點(diǎn)、噪聲低、體積小、耗損低等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得其在電網(wǎng)中不會(huì)造成任何的沖擊性，電壓能夠隨著負(fù)載變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，電能在調(diào)壓裝置中也能夠得到充分的利用。因此，可控硅調(diào)壓裝置對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)而言是極具發(fā)展前景的節(jié)能裝置。

3 可控硅節(jié)能裝置在三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造設(shè)計(jì)中的技術(shù)難點(diǎn)

3.1 對(duì)功率因數(shù)角進(jìn)行的檢測(cè)

功率因素角是指在電流波形完整的前提下，檢測(cè)電壓和電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)所獲得的相位差。然而在實(shí)際節(jié)能改造設(shè)計(jì)中，因使用了可控硅節(jié)調(diào)壓器，致使導(dǎo)通角較小時(shí)，電流波形就會(huì)斷續(xù)，而無(wú)法檢測(cè)電流過(guò)零值。所以，為了解決這一技術(shù)難點(diǎn)，在節(jié)能改造中，我們可以通過(guò)對(duì)電流、微電平比較所獲得的正半周連續(xù)波形的檢測(cè)，取得相近似的相位差。

3.2 對(duì)電壓有效值、電流有效值進(jìn)行的檢測(cè)

在電壓有效值、電流有效值的檢測(cè)中，我們常常利用模擬乘法器，但是由于電動(dòng)機(jī)的整個(gè)電路設(shè)計(jì)、電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。所以，這種檢測(cè)方法所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，成本也較高。因此，為了解決這一技術(shù)難點(diǎn)，我們可以先對(duì)絕對(duì)平均值進(jìn)行檢測(cè)，再將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為有效值進(jìn)行計(jì)算。而這也是基于有效值與絕對(duì)平均值之間往往存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.3 加強(qiáng)對(duì)可控硅調(diào)壓器抗干擾系統(tǒng)的加固

因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，因此在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，三相異步電動(dòng)機(jī)常常也會(huì)處于十分糟糕的生產(chǎn)環(huán)境中，而可控硅調(diào)壓器被安置在三相異步電動(dòng)機(jī)上勢(shì)必也會(huì)處于這種生產(chǎn)環(huán)境下，而會(huì)受到強(qiáng)電磁的嚴(yán)重干擾，直接影響本電氣系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，為了解決這一技術(shù)難點(diǎn)，我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)制造中應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況采取多種保護(hù)措施，如：在金屬機(jī)殼中安裝部分?jǐn)?shù)字電路，以此用來(lái)屏蔽空間電磁帶來(lái)的干擾；選擇材質(zhì)最優(yōu)的傳感器、開(kāi)關(guān)電源，進(jìn)而降低因線路傳入而帶來(lái)的干擾；進(jìn)一步簡(jiǎn)化微電路中電路板上的布線，而改用串行接口芯片，以降低電磁干擾；應(yīng)在電路中廣泛使用WDT電路，以此提高整個(gè)系統(tǒng)軟件的抗干擾能力。

3.4 可控硅的強(qiáng)觸發(fā)技術(shù)

可以說(shuō)三相平衡作為三相異步電動(dòng)機(jī)三相交流調(diào)壓電路中的一個(gè)重要指標(biāo)，如何確保三相平衡對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)而言尤為重要。在傳統(tǒng)的三相交流調(diào)壓中，我們常常使用三個(gè)單相移相觸發(fā)芯片設(shè)計(jì)，此芯片設(shè)計(jì)必須要通過(guò)后期細(xì)心、慢慢的調(diào)試才能夠確保三相平衡。而對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)以后，利用可控硅的強(qiáng)觸發(fā)技術(shù)，我們可以對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，使其觸發(fā)的更為準(zhǔn)確，確保三相平衡，從而避免之前的復(fù)雜且多次調(diào)試工作。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)建議，希望能夠?yàn)閺V大同行在三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造設(shè)計(jì)中提供一些有益的參考，并且對(duì)提高三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，最大程度降低三相異步電動(dòng)機(jī)的電能消耗、運(yùn)行損耗做出有益的參考。

［1］高銳.三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的研究［D］.成都：四川大學(xué)，2005.

［2］徐健，羅賽.三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造［J］.中國(guó)重型裝備，2010，（09）：25-26.

Research on Energy Saving Design of Three Phase Asynchronous Motor

ZHANGZhi-li
(Shanghai ABBmotor Limited byShare Ltd,Shanghai 200000,China)

In this paper,the working principle of three-phase asynchronous motor,the main energy saving method is presented,which can provide a useful reference for the design ofenergy savingofthree-phase asynchronous motor.

Three phase asynchronous motor;Energysavingmethod;Retrofit design

TM343

A

1674-8646（2015）08-0035-01

2015-05-19

張志莉（1984-），女，黑龍江五常人，學(xué)士，工程師，主要從事低壓電機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。