三相异步电动机节能保护器的设计摘要 三相交流异步电动机的节能一直是电机领域探究的热点,非凡是近几年来全国出现电力供给紧张的局面,使得对交流异步电动机的节能设备的探究和推广更为迫切。但目前市面上的节能设备普遍存在成本过高的现象,这在一定程度上阻碍了异步电动机节能设备的推广使用。 本文从分析异步电动机的功率损失入手,阐述了三相异步电动机-Y切换降压运行的工作特性、节能原理、节电效果、节能保护器应采取的抗干扰办法以及其它应注重的新问题。并在此基础上提出了一整套单片机控制的三相异步电动机Y/切换节能保护器的设计方案,获得了较高的性价比。并针对传统电动机Y/切换节能保护器在Y/切换点四周发生频繁切换的新问题,提出手动现场整定临界负载率和切换时间的解决办法。 最后,制作出了一台试验样机并进行了性能测试,实验结果表明,样机达到了预期的控制性能和节能效果,验证了方案的可行性。本文还在实验结果的基础上进行了深入的分析和讨论,为进一步完善本方案提出了改进的方向和办法。关键词：异步电动机 节能Y/切换 单片机The Design of Three-phase Asynchronous Motor ProtectionAbstractThree-phase AC induction motor is the motor in the field of energy saving has been exploring the hot and extraordinary in recent years the country and the power supply tension, makes the AC induction motor energy saving devices and promote a more urgent inquiry. Energy-saving equipment available in the market but widespread phenomenon of high cost, which to some extent, hindered the induction motor promote the use of energy-saving equipment. From the analysis of induction motor starting power loss to explain the three-phase asynchronous motor -Y switch step-down operation of job characteristics, energy principles, energy-saving effect, energy conservation should take anti-jamming devices and other measures should focus on new issues . And puts forward a set of microcomputer-controlled induction motor Y / switching energy protector design, get a higher cost. And traditional motor Y / switching energy protector in Y / frequent switching occurs around the switching point of the new problems raised manually setting the scene critical load rate and switching time solutions. Finally, make out a test prototype and carried out performance testing, test results show that the prototype to achieve the expected control performance and energy saving effect, verify the feasibility. This is also the basis of experimental results conducted in-depth analysis and discussion, in order to further improve the program proposed to improve the direction and approach.Keywords：Asynchronous motor energy Y/train switching microcontroller目录摘要1Abstract2第1章 绪论51.1我国电动机保护器的发展历史及现状简介51.1.1热继电器51.1.2模拟电子式电动机保护器（电机保护器）51.1.3数字电子式电动机保护器（电机保护器）51.2电动机节能的必要性61.3电能消耗原因与解决措施的初步分析71.4常用的电动机节能保护方法与分析71.4.1老式的Y/转换节能电路71.4.2电子式软启动器91.4.3单片机控制的Y/转换节能保护器91.5本文主要内容10第2章 三相异步电动机节能原理分析1112.1三相异步电动机的功率损失112.1.1铜损失()112.1.2铁损失()112.1.3机械损失()122.1.4杂散损失()122.1.5总损失()132.2/Y转换的工作特性7132.2.1 与关系分析142.2.2 与关系分析162.2.3 /Y转换时与关系分析172.3/Y转换的节能原理18第3章 三相异步电动机节能保护器控制结构的分析2193.1单片机控制电路主芯片分析193.2三相异步电动机/Y转换节能保护器系统框图820第4章 三相异步电动机节能保护器的设计214.1电动机节能保护器的硬件电路设计与分析5214.1.1线性整流滤波电路214.1.2硬件保护电路234.1.3保护器硬件抗干扰分析以及抗扰措施6244.2电动机节能保护器的软件电路设计与分析254.2.1程序流程图与调试过程254.2.2保护器软件抗干扰分析以及抗扰措施3627第5章 Y/转换节能保护器电动机主电路接线图及其工作过程29第6章对影响电动机节能保护器设计过程的因素的讨论4316.1有关空载电流对保护器的影响316.1.1采用交流采样方法316.1.2采用鉴相器电路326.2 对于硬件保护有可能躲不开的下启动电流分析336.3其他因素考虑33总结34致谢35参考文献36附录A（P87LPC767 MCU）37附录B(P87LPC767单片机)43第1章 绪论1.1我国电动机保护器的发展历史及现状简介我国的电动机保护装置大约经历了全面仿苏、自行设计、更新换代、智能化发展等几个阶段。值得一提的是由于近年来微处理器技术的发展，给电动机保护器向智能化、多功能化方向发展提供了硬件平台，使得电机保护进入了一个飞速发展的阶段。1.1.1热继电器在建国初期，我们引进了苏联的JR系列热继电器，从而开始了其在中国电机保护行业中长达半个世纪的生涯。热继电器在电子业尚不发达的时代曾是电机过载保护的首选产品，它是利用双金属片热效应原理。但由于热继电器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受环境影响大、重复性差、误差大及功能单一等，已无法满足越来越高的要求，直到1996年国家八部委联合发文强制将其淘汰。1.1.2模拟电子式电动机保护器（电机保护器）在上个世纪七八十年代，随着半导体模拟器件的兴起及普及，涌现出了一批性能比较可靠、功能多样化的电子式电动机保护器（电机保护器），为电机的可靠运行提供了较可靠的保障，但由于其存在整定精度不高、采样精度不高并且无法实现具有多种保护功能于一体的全保护，而随着社会的发展，对于保护器的要求也越来越高，纯粹模拟线路的电动机保护器（电机保护器）正逐渐被其它一些更先进的技术产品所代替。1.1.3数字电子式电动机保护器（电机保护器）这类电动机保护器（电机保护器）主要以单片机作为控制器，可实现电机的智能化综合保护，有的还具有远程通讯功能，可在PC机上实现对多达256台联网的电机实现在线综合监视与控制，在采样和整定精度方面有质的飞跃，可对采样信号进行软件非线性校正，并可实现真有效值计算，从而极大地降低了被测信号波形畸变的影响，真正实现了高精度采样，在整定方面采用数字设定，通过键盘由用户自行现场设定，不存在误差，还可为过载保护设置多条更科学的反时限曲线。因为采用了单片机就使得在相同硬件条件下集多种功能与一体的综合保护器的出现成为可能。随着微电子技术的发展，电动机保护器（电机保护器）正朝着智能化，综合化，高精度，高可靠方向发展。1.2电动机节能的必要性作为拖动系统中的重要组成部分电动机，在国民经济中占有举足轻重的地位，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证，因而确保电动机的正常运行就显得十分重要。而我国现有各类电动机总容量约4.2亿千瓦，电机系统年耗电量在6000亿度以上，占电力消费总量的50%以上。其中80%以上为0.55-200千瓦以下的中小型电机，但所有电动机中相当于世界近代技术水平的J2, J02系列的约占70%，相当于70年代水平的Y系列电动机不足30%，具有80年代末水平的YX系列高效电动机所占的比例更是微乎其微。也就是说，我国在服役的电机拖动系统的总体装备水平仅相当于发达国家50年代的水平，我国目前制造的电机仅有5%是高效节能电机，但几乎全部用于出口。我国电机的平均效率约低于美国和加拿大3-5%，风机和水泵的效率低8-10%，系统效率更低。据有关专家估算，由于设计、制造等各种原因，我国电机拖动系统的能源利用效率约比发达国家低10-30个百分点，总的节能潜力约为1000亿千瓦时，相当于20个装机容量为1000兆瓦级的大型火电厂的年发电总量，而进行电机拖动系统的改造和更新的费用需要约500亿元人民币。然而近几年我国出现了大面积缺电状况，全国大部分省、市不得不实行错峰用电，分时拉闸限电，这使得对电机节能的研究变的更为重要与迫切。由此看出，比较符合我国国情需要的是既要使电机的节能设备具有较好的节能效果，又要想办法尽量降低改造或更新的费用。国家计委对电机系统节能非常重视，已把电机系统节能作为“十五”节能计划的重要内容。1.3电能消耗原因与解决措施的初步分析从三相异步电动机经济运行GB12497-1995标准来看，工矿企业中使用着的大量三相交流异步电动机的运行状态可以分为经济运行状态、允许运行状态和非经济运行状态。异步电动机会消耗大量电能，主要是由于异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行状态，同时影响着企业的效益。纠其原因主要是在进行电动机容量选配时，往往片面的追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机的容量过大，造成“大马拉小车”的现象，使电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率因数降低;另一方面，由于大部分电机采用直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外，5-7倍的起动电流也造成能量的消耗。因此，要研究异步电动机节能主要从“根据负载调节电动机