基于模糊控制的智能电机节电器的研究与开发

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1、万方数据第l期(总第146期)机械工程与自动化No·12‘008年2月MECHANICALENGINEERING8LAUTOMATIONFeb．文章编号；1672—6413(2008)01一0146一03基于模糊控制的智能电机节电器的研究与开发李鹤，王建民(河北理工大学．河北唐山063009)摘要：交流电机如果长时间运行在负载变化大的情况下。平均负载率低，电能浪费巨大。智能电机节电器能对交流电机的运行状况进行监测．测得交流电机的电压和电流过零点，并通过它们的相位差调节可控硅导通角和电机电压，使电机运行在节电状态。节电器中装

2、有断相保护、过流保护等装置，以保证生产安全顺利地进行。关键词：节电器；功率因数，模糊控制；单片机中图分类号：TM301文献标识码：A0引言当今世界把电能转换成机械能基本上都是通过电动机来实现的，因此电机的耗电量巨大。在满负荷工作条件下，电机的效率一般较高，通常为80％左右，然而，负荷一旦下降，电机的效率也随之显著下降。因此电机选型时是按最大可能负载和最坏工况所需的功率而定的，多数电机大部分运行时间的负荷率都在50％～60oA，所以实际运行时的效率是比较低的。并且在空载周期，电动机成为一个接近纯电感的负载，造成电力系统的无功

3、功率消耗增加，引起不必要的有功功率消耗。为了减少电能的直接和间接消耗，提高能源综合利用效率和保护环境，取得良好的经济效益和社会效益，开发研制一种新的智能电机节电器是非常有必要的。1节能原理1．1电机降压节能原理当电动机轻载时输出功率减少，同时转子铜损随之降低，但铁耗、机械损耗、杂散损耗基本不变，由于励磁电流未变，定子铜损降低不多，因此电机效率大为降低。如果在轻载时适当降低输入电压，则电机铁耗差不多随电压平方而减少，励磁电流也因磁通的减小而下降，使铜耗减少，从而降低了总损耗，使效率得到提高，这就是电动机轻载降压节能的基本思想

4、。但电压的降低不能过分，因为为了产生同样的轻转矩，当电压和载磁通过分降低后转子电流必然回升，减小了定子和转子铜耗的降低程度，甚至使它们增大，此收稿日期：2007—06—04，修回日期：2007—08—20作者简介；李鹤(1982一)，男，山东邹城人。硕士研究生。外过分降低电压会使电机带不动负载而堵转。1．2功率因数与负载率的关系三相异步感应电机是一个感性负载，在感性负载的运行系统中，负载电压和电流是不同步的，电流滞后电压形成一个滞后角伊，反映这个角度关系的函数cosq)即为功率因数。电动机空载时电流基本上是无功电流，驴的角

5、度很大，功率因数cos9很低，只有0．2左右；当负载增大时，定子电流中的有功电流增加，使COS9提升很快；当接近额定负载时，cos_5P升到0．7以上，它与负载的轻重几乎呈线性关系。根据这样一个关系，我们在电机电路中加入可控硅控制器件，只要找到电压与电流的相位差，再根据相位差的大小，适时给出可控硅的触发脉冲，使可控硅提前或滞后导通，这样就可以减小可控硅的输出电压与负载电流的相位差，提高功率因数，减小无功消耗，达到节电的目的。2智能电机节电器硬件设计节电器的核心思想是检测电机电压、电流的过零点，把检测信号送人单片机，得到它们

6、的相位差，通过模糊控制算法运算，把单片机的控制信号加到可控硅上，控制可控硅导通角的导通、截止时间以调节电机电压，实现交流电机的智能节电。在外围电路方面，增加了过流保护和缺相保护功能，防止电源发生故障时危害生产，节电器整体框架图见图1，其核心部分为单片机硬件电路和电压、电流过零检测电路部分。2．1单片机硬件电路万方数据万方数据·148·机械工程与自动化2008年第1期序为核心，设置多个功能模块子程序，使大量的功能节电器设计时把模糊控制引入到控制系统中，模在子程序中实现，这样可以简化设计结构。运行过程糊控制不依赖于被控对象的精

7、确数学模型，能够克服中通过主程序调用各功能模块子程序，模块化编程使非线性因素的影响。将模糊控制器用于交流电机节电得要解决的问题与特定模块分离，很容易找到错误的器的控制系统，可以充分体现其适应于非线性、时变模块，大大简化了调试，设计思路清晰，使复杂的功快速响应的特点，能够起到明显的节电效果。能实现变得简单易行。niAFHBn{C100kn图3电流过零检测电路UB93矾“AOUT1．Mnijr矾A+．U10012干TINB+BOUT1()OkQlGINNBD-VCC100kn快速判断控制，达到理想的节电效果；设备还具备软启动功

8、能，可保证电机平滑的启动，消除了常规启动方式伴随电机启动所产生的机械噪声和大启动电流，有效降低轴承和皮带的磨损，减少齿条及齿轮的机械应力，从而延长电机的使用寿命，具有良好的社会效益。图4电压过零检测电路箍芒音替4结束语[1]陆安定，陈渭．电动机节能改造实用手册[M]．上海：上海此智能节电器采用模糊控制规