時間：2022-06-28 04:37:41
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1.由于電機本身密封不良，加之環境跑冒滴漏，使電機內部進水或進入其它帶有腐蝕性液體或氣體，電機繞組絕緣受到浸蝕，最嚴重部位或絕緣最薄弱點發生一點對地、相間短路或匝間短路現象，從而導致電機繞組局部燒壞。
相應對策：①盡量消除工藝和機械設備的跑冒滴漏現象；②檢修時注意搞好電機的每個部位的密封，例如在各法蘭涂少量704密封膠，在螺栓上涂抹油脂，必要時在接線盒等處加裝防滴濺盒，如電機暴漏在易侵入液體和污物的地方應作保護罩；③對在此環境中運行的電機要縮短小修和中修周期，嚴重時要及時進行中修。
2.由于軸承損壞，軸彎曲等原因致使定、轉子磨擦（俗稱掃膛）引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路或對地“放炮”。嚴重時會使定子鐵心倒槽、錯位、轉軸磨損、端蓋報廢等。軸承損壞一般由下列原因造成：①軸承裝配不當，如冷裝時不均勻敲擊軸承內圈使軸受到磨損，導致軸承內圈與軸承配合失去過盈量或過盈量變小，出現跑內圈現象，裝電機端蓋時不均勻敲擊導致端蓋軸承室與軸承外圈配合過松出現跑外圈現象。無論跑內圈還是跑外圈均會引起軸承運行溫升急劇上升以致燒毀，特別是跑內圈故障會造成轉軸嚴重磨損和彎曲。但間斷性跑外圈一般情況下不會造成軸承溫度急劇上升，只要軸承完好，允許間斷性跑外圈現象存在。②軸承腔內未清洗干凈或所加油脂不干凈。例如軸承保持架內的微小剛性物質未徹底清理干凈，運行時軸承滾道受損引起溫升過高燒毀軸承。③軸承重新更換加工，電機端蓋嵌套后過盈量大或橢圓度超標引起軸承滾珠游隙過小或不均勻導致軸承運行時磨擦力增加，溫度急劇上升直至燒毀。④由于定、轉子鐵心軸向錯位或重新對轉軸機加工后精度不夠，致使軸承內、外圈不在一個切面上而引起軸承運行“吃別勁”后溫升高直至燒毀。⑤由于電機本體運行溫升過高，且軸承補充加油脂不及時造成軸承缺油甚至燒毀。⑥由于不同型號油脂混用造成軸承損壞。⑦軸承本身存在制造質量問題，例如滾道銹斑、轉動不靈活、游隙超標、保持架變形等。⑧備機長期不運行，油脂變質，軸承生銹而又未進行中修。
相應對策：①卸裝軸承時，一般要對軸承加熱至80℃~100℃，如采用軸承加熱器，變壓器油煮等，只有這樣，才能保證軸承的裝配質量。②安裝軸承前必須對其進行認真仔細的清洗，軸承腔內不能留有任何雜質，填加油脂時必須保證潔凈。③盡量避免不必要的轉軸機加工及電機端蓋嵌套工作。④組裝電機時一定要保證定、轉子鐵心對中，不得錯位。⑤電機外殼潔凈見本色，通風必須有保證，冷卻裝置不能有積垢，風葉要保持完好。⑥禁止多種油脂混用。⑦安裝軸承前先要對軸承進行全面仔細的完好性檢查。⑧對于長期不用的電機，使用前必須進行必要的解體檢查，更新軸承油脂。
3.由于繞組端部較長或局部受到損傷與端蓋或其它附件相磨擦，導致繞組局部燒壞。
相應對策：電機在更新繞組時，必須按原數據嵌線。檢修電機時任何剛性物體不準碰及繞組，電機轉子抽芯時必須將轉子抬起，杜絕定、轉子鐵芯相互磨擦。動用明火時必須將繞組與明火隔離并保證有一定距離。電機回裝前要對繞組的完好性進行認真仔細的檢查確診。
4.由于長時間過載或過熱運行，繞組絕緣老化加速，絕緣最薄弱點碳化引起匝間短路、相間短路或對地短路等現象使繞組局部燒毀。
相應對策：①盡量避免電動機過載運行。②保證電動機潔凈并通風散熱良好。③避免電動機頻繁啟動，必要時需對電機轉子做動平衡試驗。
5.電機繞組絕緣受機械振動（如啟動時大電流沖擊，所拖動設備振動，電機轉子不平衡等）作用，使繞組出現匝間松馳、絕緣裂紋等不良現象，破壞效應不斷積累，熱脹冷縮使繞組受到磨擦，從而加速了絕緣老化，最終導致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組。
相應對策：①盡可能避免頻繁啟動，特別是高壓電機。②保證被拖動設備和電機的振動值在規定范圍內。
二、三相異步電動機一相或兩相繞組燒毀（或過熱）的原因及對策
如果出現電動機一相或兩相繞組燒壞（或過熱），一般都是因為缺相運行所致。在這里不作深刻的理論分析，僅作簡要說明。
當電機不論何種原因缺相后，電動機雖然尚能繼續運行，但轉速下降，滑差變大，其中B、C兩相變為串聯關系后與A相并聯，在負荷不變的情況下，A相電流過大，長時間運行，該相繞組必然過熱而燒毀。
三相異步電動機繞組為Y接法的情況：電源缺相后，電動機尚可繼續運行，但同樣轉速明顯下降，轉差變大，磁場切割導體的速率加大，這時B相繞組被開路，A、C兩相繞組變為串聯關系且通過電流過大，長時間運行，將導致兩相繞組同時燒壞。
這里需要特別指出，如果停止的電動機缺一相電源合閘時，一般只會發生嗡嗡聲而不能啟動，這是因為電動機通入對稱的三相交流電會在定子鐵心中產生圓形旋轉磁場，但當缺一相電源后，定子鐵心中產生的是單相脈動磁場，它不能使電動機產生啟動轉矩。因此，電源缺相時電動機不能啟動。但在運行中，電動機氣隙中產生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉磁場，所以，正在運行中的電動機缺相后仍能運轉，只是磁場發生畸變，有害電流成分急劇增大，最終導致繞組燒壞。
相應對策：無論電動機是在靜態還是動態，缺相運行帶來的直接危害就是電機一相或兩相繞組過熱甚至燒壞。與此同時，由于動力電纜的過流運行加速了絕緣老化。特別是在靜態時，缺相會在電機繞組中產生幾倍于額定電流的堵轉電流。其繞組燒壞的速度比運行中突然缺相更快更嚴重。所以在我們對電機進行日常維護和檢修的同時，必須對電機相應的MCC功能單元進行全面的檢修和試驗。尤其是要認真檢查負荷開關、動力線路、靜動觸點的可靠性。杜絕缺相運行。
關鍵詞：變頻技術變頻器三相異步電機電動機工作原理
電機控制系統 諧波
中圖分類號： TN773 文獻標識碼： A 文章編號：
變頻器最初用途是速度控制。隨著技術發展和社會對能源運用效率要求的日益提高，逐漸被用于節能領域。該技術尤其在風機、水泵的節能方面得到了廣泛應用。以前，在工業生產的流程中，風機、水泵的調速通常使用的是用滑差調速電動機、耦合器等進行調速，以滿足工藝生產的需要。根據各單位的實際需要，通常使用的是用耦合器對風機、泵進行20%-80%調速，或加裝風門、閥門對風量、流量進行調節。但電機在工頻狀態下運行，多余的動能通過耦合器轉化成熱能讓冷卻水帶走或損失在風門和閥門上。這樣從能源使用上和生產維護上都不經濟，結合現在變頻器的技術在風機泵類設備中的應用，為節能降耗工作提供了很好的解決辦法。采用變頻調節控制技術，取消原來的耦合器及相應的冷卻水泵、冷卻水和風門、閥門等裝置，降低生產中的能源及資源消耗。做好清潔生產、節能降耗。在變頻節能技術應用的同時，要降低變頻器產生諧波對電網產生的危害。
一、變頻技術和變頻器
變頻技術以其顯著的節能效果廣泛的應用于工業設備和家用電器。變頻技術是改變電源頻率的技術，在實際應用中通過變頻器來實現改變電源頻率。變頻器的應用，須結合三相異步電動機的特性，因為變頻器與三相異步電動機有著密切的聯系。
二、三相異步電動機的作用和特性：
1. 三相異步電動機的作用： 通過三相異步電動機運轉（正轉或反轉）來帶動其它設備做各種各樣的機械運動。
2. 三相異步電動機的特性：
1) 運轉方式：靠旋轉磁場來帶動電動機轉子額定電流為約等于其功率的二倍額定電流為約等于其功率的二倍V/F控制變頻器力矩力電機力力轉。
2) 接線方式：有星形（Y形）和三角形（形）兩種，Y形接線時，電動機的電流小，但力矩也小，三角形（形）接線時電動機的電流大，但力矩大；
3) 變 速：n=60f (1-K)/p
n―電動機轉速 60―常數 p―極對數
f ―電源頻率 k―滑差系數
公式說明：只要改變電源頻率“f”或極對數“p”，就可以改變電動機轉速。
三相異步電動機有2極、4極、6極、8極……,工業用的三相異步電動機一般極數不會超過8極，極數越多，轉速越慢，但力矩就越大，極數越少，轉速就越快，但力矩就越小；每種極數所對應的轉速如下：
a) 2極──2950轉/分（理想3000轉/分，即同步轉速）
b) 4極──1450轉/分（理想1500轉/分，即同步轉速）
c) 6極──950轉/分（理想1000轉/分，即同步轉速）
d) 8極──700轉/分（理想750轉/分，即同步轉速）
三、 變頻器的作用：
變頻器具有：調速的作用：三相異步電動機，變頻控制后可以實現調速功能，由輸出頻率控制電機轉速，三相異步電動機由靜態至最高速線性加速。通常變頻器的頻率調節范圍是：0-650HZ。啟動時電機由0轉速線性加速，對機械設備運轉沒有危害。
四、 變頻器的工作原理
變頻器將三相380V(220V)/50HZ交流電通過整流橋整流變成脈動直流電，通過電解電容濾波后變成平滑的直流電，控制板對IPM、IGBT或模塊的控制后將平滑的直流電變成三相頻率可變的交流電，通過線路傳輸給電動機，實現電動機變頻運行。
五、實際應用案例：以某單位一臺40MW鍋爐鼓風機、引風機變頻技術應用改造為例
現場設備介紹：
40MW鍋爐于1989年建成投運，鼓風機用于為鍋爐燃燒送風，引風機用于排煙，兩臺風機未改造前風管上均裝有風門調節裝置，用以調節風量，以滿足鍋爐運行工藝要求，鼓、引風電均用自耦降壓啟動方式。現場設備鼓風機的電機參數如下表1所示，引風機的電機參數如下表2所示。
表1
表2
2、變頻改造前后優缺點比較
原系統采用風門調節風量，電機工頻運行，其能耗大、效率低、調節精度低，維護工作量很大。改造后變頻調速是通過改變電動機定子供電頻率來改變旋轉磁場同步轉速進行調速的，是無附加轉差損耗的高效調速方式。優點是調速效率高，啟動能耗低，調速范圍廣，可實現無極調速，動態響應速度快，調速精度高，操作簡便，且易于實現生產工藝的控制自動化。
3、效益分析
改造前平均鼓、引風機運行電流：70.8 A；負載率：60.3 %，改造后平均運行電流：26.2A；負載率：33.3%，通過一個運行期的性能考核分析：改造后節能：60.3%-33.3%=27%，27%×185kW=50kW?h；一年按運行100天計算，可節約電量：50×24×100=12萬度。通過以上案例分析，由此可見，在滿足生產要求的條件下，采用變頻調速節能效果明顯著，延長了設備使用壽命、降低了故障率。
4、變頻技術在風機泵類設備中應用的主要特點
1、低頻力矩大、輸出平穩
2、高性能矢量控制
3、轉矩動態響應快、穩速精度高
4、減速停車速度快
六：降低變頻器諧波危害，提高電能質量
變頻其產生的高次諧波對電網產生的危害日益嚴重。通常采用變頻器隔離、接地或采用無源濾波器、有源濾波器、架設無功補償器裝置以及綠色變頻器等方法，將變頻器產生的諧波控制在最小范圍之內以抑制電網污染、提高電能質量，這些值得研究推廣。
電網諧波產生的危害主要有：
1)、諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發電、輸電及用電設備的效率。同時大量的3次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發生火災。
2)、諧波影響各種電器設備的正常工作，使電機發生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱，造成設備的絕緣老化、壽命縮短以至損壞。
3)、 諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，引起嚴重事故。
4)、諧波會對鄰近的通訊系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通訊質量，重者導致信息丟失，使通訊系統無法正常工作。
5)、諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電器測量以表計量不準確。
目前諧波的治理方法：
1）、將變頻器的隔離、屏蔽、接地；
2）、加裝交流電抗器和直流電抗器；
3）、加裝無源濾波器；
4）、加裝有源濾波器；
5）、加裝無功功率靜止型無功補償裝置；
6）、線路分開；
7）、電路的多重化、多元化；
8）、變頻器控制方式的完善；
9）、使用理想化的無諧波污染的綠色變頻器。
【論文摘要】文章主要介紹了電力電子器件的發展、交流調速系統的發展及針對電動葫蘆型起重機專用的變頻控制系統的硬件設計、電路參數計算及軟件設計、仿真等。
一般性能的節能調速在過去大量的所謂不變速交流傳動中，風機、水泵等機械總容量幾乎占工業電氣傳動總容量的一半，其中不少場合并不是不需要調速，只是因為過去交流電機本身不調速，不得不依賴擋板和閥門來調節送風和供水的流量，許多電能因而白白的被浪費掉了。如果換成交流調速系統，把消耗再擋板和閥門上的能量節省下來，每臺風機、水泵平均約可節能 20%，效果是很可觀的。
高性能交流調速系統許多在工藝上就需要調速的生產機械，過去多用直流傳動，鑒于交流電機比直流電機結構簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便、轉動慣量小、效率高，如果改成交流調速，顯然能夠帶來不少的效益。但是，由于交流電機原理上的原因，其電磁轉矩難以像直流電機那樣直接通過電流實行靈活的即時控制。70年代初發明了矢量控制技術，通過坐標變換，把交流電機的定子電流分解成勵磁分量和轉矩分量，用來分別控制磁通和轉矩，就可以獲得和直流電機相媲美的高動態性能，從而使交流電機的調速技術取得了突破性的進展。
特大容量及高轉速的交流調速直流電機換向器的換向能力限制了它的容量和轉速，其極限容量與轉速的乘積約為 10 KW·r/min，超過這個數值時，直流電機的設計與制造就非常困難了。交流電機則不受這個限制，因此，特大容量的傳動，如厚板札機、礦井卷揚機等，和極高轉速的傳動，如高速磨頭、離心機等，都以采用交流調速為宜。
一、起重機發展趨勢
物料搬運成為人類生產活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發展歷史。隨著生產規模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設備的起重機在現代化生產過程中應用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。起重機正經歷著一場巨大的變革。發展趨勢：大型化和專用化、輕型化和多樣化、自動化和智能化、成套化和系統化、新型化和實用化。
二、電動葫蘆
電動葫蘆，簡稱電葫蘆。由電動機、傳動機構和卷筒或鏈輪組成，分鋼絲繩電動葫蘆和環鏈電動葫蘆兩種。通常用自帶制動器的鼠籠型錐形轉子電動機（本次設計既是選用此種電機）（或另配電磁制動器的圓柱形轉子電動機）驅動，起重量一般為 0.1～80t，起升高度為 3～30m。多數電動葫蘆由人用按鈕在地面跟隨操縱，也可在司機室內操縱或采用有線（無線）遠距離控制。電動葫蘆除可單獨使用外，還可同手動、鏈動或電動小車裝配在一起，懸掛在建筑物的頂棚或起重機的梁上使用。
三、三相異步電動機及工作原理簡介
三相異步電動機由定子和轉子兩大部分組成，定子和轉子之間是空氣隙。三相異步電動機具有結構簡單、性能優良、制造成本低、維修費用省、堅固耐用等優點，在工農業生產中得到了廣泛應用。正常情況下，定子旋轉磁場的轉速n 和轉子轉速 n 不同步，這是因為如果同步，轉子與旋轉磁場之間不再有相對運動，導體不再切割磁場，就沒有感應電動勢產生，也就沒有了轉子電流和電磁轉矩，無法維持電動機繼續運行。
三相異步電動機有一個很重要的參數：轉差率——用 s 表示，其定義式為
在很多情況下，用 s 表示電動機的轉速比直接用轉速 n 方便得多，使很多運算大為簡化。一般異步電動機的轉差率在 0.02～0.05 之間。大部分廠家生產的異步電動機的銘牌上標有下列數據：
1．額定功率P：電動機額定運行時軸端輸出的機械功率，單位一般為 kw
2．額定電壓U：電動機額定運行時定子加的線電壓，單位為 v 或kv
3．額定電流I：定子加額定電壓、軸端輸出額定功率時的定子線電流，單位為 A
4．額定頻率 f：我國工頻為 50Hz
5．額定轉速n：電動機額定運行轉子的轉速，單位為 r/min
四、籠形轉子異步電動機的特點
籠形轉子異步電動機具有轉子結構堅實、效率高、價格低、控制設備簡單和維護使用方便等優點，因此在各種應用領域中使用最廣泛。但這種電機的啟動性能較差，即啟動轉矩低而啟動電流很大。因此在選擇使用時應考慮啟動問題，即：1．啟動轉矩Tk應大于負載靜轉矩Tl；2．啟動電流在供電電網上造成的瞬間電壓降不能超過容許值；3．在啟動過程中電動機的能量損失要小。
本次設計用電機為錐形轉子三相異步電動機。常用的電動葫蘆用錐形轉子制動三相異步電動機型號有：YEZS、YREZ、YBFZ 和 YBEZX等幾種。該類型電機的主要特點是利用其錐形轉子的特殊結構在通電時產生磁拉力，打開制動機構，使電機正常運轉。
該類電動機的定額是斷續周期工作制S ，負載持續率不低于 25%，每小時等效起動次數不低于 120 次。電源頻率為50Hz，同步轉速為 1500r/min。4.5KW及以下的額定轉速為1380r/min。7.5KW以上的額定轉速為 1400r/min。允許最大轉速為 3750 r/min，
【參考文獻】
[1]孫涵芳．INTEL16位單片機[M]．北京航空航天大學出版社，2002．
關鍵詞：高效永磁同步電動機 現場方案 試驗研究 結果分析
中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2015）09-0273-02
引言
在工業、建筑以及公用設施領域中電動機是重要的原動力設備，也是電能消耗的最大用戶，和節電潛力的最大用戶。2012年我國各類電動機總裝機容量約為5億千瓦，其中異步電動機的裝機容量占全國電動機裝機容量的90%，約占全國用電量的60%，占工業用量的75%，系統用電效率比國外先進水平低5%-15%，相當于每年浪費電能約1500億千瓦時。
目前工業領域中采用的高壓中、大功率異步電動機普遍存在效率偏低、功率因數差等浪費電能現象。而高效永磁同步電動機能否達到高效節能目標，現場應用前景如何，已經引起國內各大企業關注。2013年工業和信息化部印發（2013年工業節能與綠色發展專項行動實施方案）提出，選擇電機在能效提升和綠色發展方面要取得突破。本文將通過在張家口發電廠首次應用和現場試驗進行分析。為企業應用永磁同步電動機提供參考。
一、高壓永磁同步電動機概述
1.高壓永磁同步電動機的發展歷程
電機屬于電磁裝置，其工作原理是通過磁場實現電能與機械能間的不斷轉換。在電機的工作過程中，氣息磁場是必不可少的。獲得磁場的方法有兩種，其中一種是通過電流得到。該種電機叫做電勵磁電機，這種電機需要具備專門用來產生電流磁場的繞組，同時，為了保證電流的正常流動還需要為電機提供不間斷的能量供應。另一種方法是通過永磁體來獲得磁場，這可以大大簡化電機的結構，同時，因為永磁體一旦磁化（充磁）之后就永久具有磁性，不再需要外界供給能量，這也大大的減少了能量的損耗。
高壓永磁同步電動機就是通過永磁體獲得磁場的電動機，永磁體材料的發展促進了此種電動機的發展。稀土鈷和釹鐵硼永磁分別在20世紀60年代和80年代出現，這兩種永磁材料的出現極大的促進的電動機的發展，因為這兩種材料具有特別適用于電機裝置的特性，包括高剩磁密度、高矯頑力、線性退磁曲線以及高磁能積。
我國專家學者自主開發的高效高壓永磁同步電動機，采用實心轉子磁極鐵芯和啟動籠復合結構，消弱了齒諧波，減少了轉子表面損耗，提高了電機效率。同時，非均勻氣隙和優化通風散熱，有效的控制了電機溫升。該種電機同異步電機相比各項指標顯著提供，額定負載效率大于96%，功率因數大于0.98，綜合節電率在8%-15%。
2.高壓永磁同步電動機的優點
2.1高效率
使用永磁材料產生磁場，代替了原有的電流裝置，一定程度上減少了定子電流及其電阻損耗。此外，當電機正常工作時，工作效率因為沒有了轉子的電阻損耗和磁滯損耗而得到提高。當電機額定工作時，電機的效率在96%以上，低負載工作時，該電機仍然具有相對較高的工作效率，寬幅的高效運行區為負載在不同負荷段運行提供了良好的節電效果。
2.2高功率因數
該種新型永磁電機的轉子使用的是永磁材料，不需要感應電流來產生磁場，定子繞組具有阻性負載的特點，這使得該種電機的功率因數在1附近。此外，當電機在20%～120%額定負載范圍工作時，電機的功率因數和工作效率都會處于一種相對較高的水平。具體說來，當電機負載較小，即輕載工作時，該種新型電機可以大大的節約能量消耗，而當電機在額定負載工作時，其功率因數是大于0.98的。
2.3啟動轉矩大
該種永磁電機的轉子采用的是一種實心的永磁材料，這使得該種電機的啟動轉矩明顯增大，達到了3.5～4.3范圍內，而相同功率的一般電機的啟動轉矩僅為1.8～2.2倍。
2.4體積小，重量輕
和相同功率的一般電機相比，該種電機的體積約是一般電機的60%，體積明顯減少，重量約是一般電機的83%，減輕了約16%。
2.5永磁電動機還具有如下特征：
2.5.1運行時間明顯增加；
2.5.2工作過程中的維護費用降低；
2.5.3磁場強度很穩定，不會出現顯而易見的退磁現象；
2.5.4電機振動小；
綜上所述，新型的永磁電動機較異步電動機相比具有容量大、功率因數高、工作效率高等特點。
二、高壓永磁同步電動機的應用分析
1.應用原理
高效高壓永磁同步電動機啟動時依靠定子旋轉磁場與籠型轉子相互作用產生的異步轉矩實現啟動；運行時由轉子內嵌的永磁體提供磁場結合定子旋轉來維持電動機同步運行。
大唐國際張家口發電廠共有8臺30萬千瓦機組，裝機容量240萬千瓦，電廠自用電量占發電量的5%左右，其中電動機是電廠用電的主要設備。通過首次使用山西北方機械制造有限責任公司生產的高效永磁同步電動機，有必要對其經濟性、可靠性進行驗證。
該公司生產的高效永磁同步電動機，通過了理論分析、實驗室試驗和國家權威機構檢測。但該產品在生產現場應用中缺乏大量的實踐數據支持，針對發電企業沒有進行試驗應用案列，對現場系統、設備沒有建立直觀理論和實際體系，無法通過試驗和監測手段對高效永磁同步電動機進行經濟效益分析。
本次現場試驗，是TYC4002-6型高效永磁同步電動機首次在生產現場進行運行經濟性、安全性、可靠性試驗，并和原異步電動機進行比較鑒定。
2.試驗方案研究與分析
通過設備篩選和系統可靠性分析，決定在排漿泵的驅動電機進行試用，并成立課題小組進行跟蹤、試驗、分析，以驗證其節電、環保性能指標，為節能技術改造奠定基礎。原排漿泵驅動電機為JS148-6三相異步電動機，更換電機為山西北方機械制造有限責任公司生產的TYC4003-6（6kV315kW）高效高壓永磁同步電動機。
2.1電機試驗方案確定
電機安裝地點確定后，我們對現場系統和設備進行規劃和調整：
2.1.1確認了用緩沖水箱容積變化來計量系統出力的精確測試方案；
2.1.2將原排漿泵出口阻力不匹配的并列管道進行改進，對排槳泵葉輪、軸封、調整門進行檢查更換，對電機地基進行檢查，對電測儀表（電壓、電流、功率因數、總功率、有功功率、無功功率、有功用電量、無功用電量）進行檢驗；
2.1.3對S148-6三相異步電動機和TYC4003-6高效永磁同步電動機的技術指標、參數、特性做分析對比；對排漿泵系統、電測系統、軸封水系統、補水系統、水箱結構、監測表計等進行分析評價。
2.2設備主要技術參數
二單元3組一級排槳泵驅動原電機是蘭州電機廠生產的JS148-6三相異步電動機額定，代替的高效永磁同步電動機是采用TYC4003-6，在不改變工況和電機控制系統的情況下，進行試驗（試用），其電機的主要參數對比如下：
2.3參數收集及試驗系統：
試驗中電機電壓、電流、有功功率、功率因數、有功用電量、無功用電量的數據，均取自配電控制柜電測儀表記錄的實際數值。流量是通過標尺測量緩沖水箱水位的變化。
3.應用情況
3.1 TYC4003-6高效高壓永磁同步電動機與JS148-6三相異步電動機試驗比較發現，在輸出有功功率滿足現場使用條件下，電機輸入功率得到減低，功率因數得到了大幅度的提高達到0.997，永磁同步電動機電流降低了13.65%，無功功率降低了82.89%，節電效果明顯。
3.2在同等工況下，高壓永磁同步電動機帶動的排漿泵比三相異步電動機帶動的排漿泵出力明顯上升，流量多出18%，即多做功。
3.3電機通過氣隙、風道和軸流風扇的優化設計，提高了通風散熱效果，有效降低了電機溫升。
3.4采用實心磁極和啟動籠的復合轉子結構，提高了電動機的啟動性能。同時因轉子表面損耗和雜散損耗的減少，提高了電動機效率。
3.5由于大量無功損耗的降低，使得系統電壓穩定，電壓質量提高，能夠降低變壓器的負載率，提高供電系統的經濟運行水平，為企業產生間接的經濟效益。同時，電機轉速升高，對泵或風機的效率產生影響，因出力增加通過對系統調整節電效果顯著。
3.6永磁電機繞組溫度低比異步電機偏低10多度，前、后軸承溫度正常。
3.7永磁電機運行振動小、噪音低，運行平穩。
四、永磁同步電動機應用的方向和前景
將永磁同步電動機在大范圍內替換現有的異步電動機還是有諸多困難：
1.永磁同步電動機是一種技術節能新產品，而現有的工藝系統已經很成熟；
2.該新型電動機的價格遠高于異步電動機的價格，用戶需要投入大量的資金，而獲得收益的時間則較長；
3.怎樣處理更換下的異步電動機也是一個有待于解決的問題。但是，根據永磁同步電動機的實際運行和對運行數據的計算結果來看，新型的永磁電動機可以減少能量損耗，同時還可以提高功率因數，進而減少無功功率，尤其在降低無功損耗的領域有著廣泛的應用前景，可以大大減少企業的運營成本，減低供電系統的安全隱患。永磁同步電動機在電力行業目前已經應用在磨煤機、氧化風機上，結合該電機的特點，認為在負荷調整范圍較大的磨煤機和送風機上應用效果會更理想。
五、結束語
與傳統的異步電動機相比，高壓大功率永磁同步電動機減少了能量損耗，節電效果良好。高壓永磁電動機的廣泛應用將會使其在電機行業占據重要重要位置，因此，研究高壓永磁電動機是很有必要也是非常重要的。高效高壓永磁同步電動機創新性強，產品節能效果顯著，符合國家節能減排政策，能有效提降低設備能耗，提高企業經濟效益，具有推廣和應用價值。
參考文獻
[1]黃明星.新型永磁電機的設計、分析與應用研究[D].博士學位論文：浙江大學，2008.
[2]趙清.中型高效永磁同步電動機設計關鍵技術研究[D].博士學位論文：沈陽工業大學，2006.
關鍵詞：電動機 降壓啟動 比較分析
中圖分類號：TM343 文獻標志碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0128-01
電動機作為一種被廣泛使用的設備，在任何工廠或者發電廠中都必須配置電動機，特別是在工廠中，一旦自備的電動機發生了相關故障，則非常可能致使整個工廠都停電，給工程帶來巨大的經濟損失。在電動機進行啟動時可能會整個電力系統造成巨大的啟動電壓壓降，同時也給整個系統的電能質量造成巨大的影響。因此，為了減少電動機對整個電力系統電壓的影響，必須合理選擇電動機的起動方式，確保電動機的安全啟動。本文對電動機的降壓啟動方式進行比較分析。
1 電動機突然而劇烈的啟動造成的危害
通常情況下，在異步電動機中，其全壓啟動電流與額定電流有一個數量關系，即全壓啟動電流為額定電流的4～7倍，如果啟動電流過大，則將對電動機的壽命進行降低，導致變壓器的二次電壓出現大幅度的降低，這就減少了電動機的啟動轉矩，甚至有可能導致電動機出現根本無法啟動的局面。異步電動機還會對同一個網絡中的其他供電設備造成影響，如果交流電動機突然出現了劇烈的啟動現象，則其可能造成大量的損失，如下幾點。
（1）進行Y-v啟動會造成啟動電流或電壓發生瞬變，導致相關電氣故障的發生，同時還可能造成電壓發生劇烈的變化，造成整個電網中其他電氣設備出現故障。
（2）造成運行故障。電動機突然啟動將造成管路系統產生巨大的壓力振動，其會對所帶的貨物產生嚴重的損壞。
（3）對經濟效益造成嚴重的影響。電動機的一旦發生了故障，都會造成停運和維修的故障損失，致使電動機的運營成本造成嚴重的增加。
2 電動機的起動方式分析
2.1 全壓直接起動方式分析
作為電動機最為簡單的啟動方式之一，電動機的全壓直接啟動就是將其定子繞組上直接加額定電壓，然后直接進行啟動。電動機的全壓直接起動主要適用于負載和電網容量允許的條件下。
電動機全壓啟動的優點是其起動的轉矩較大，且起動的時間較短，所使用的起動設備較為簡單，易于操作和維護，啟動設備的故障率較低。在對電動機進行全壓起動時，由于起動電流很大，如對于鼠籠型電動機其起動電流一般為額定電流的6～8倍，如果此時電動機功率較大，則過大的電動機起動電流將造成配電網電壓的降低，直接影響其直接連接的其他電氣設備的正常工作。
2.2 Y-起動方式分析
Y-的起動方式就是將連接的電動機，在其起動時接成Y 型，當電動機完成起動后其速度將接近運行。利用這種方式對電動機進行起動時，定子繞組的電壓實際上為整個電源電壓的50%，而起動電流也較小，僅為直接啟動方式的30%，這樣就保證了其起動的轉矩也較小，整個電動機的起動對電網的沖擊力也較小，允許較多次數的起動。利用Y-起動方式進行起動時還無需增加其他設備即可實現對電動機的起動，因此這種起動方式適用于頻繁起動的小型電機。
Y-的起動方式主要優點是結構較為簡單，且投資較小。當電動機所帶負載較低時，可以采用Y-的起動方式，其額定轉矩可以與相關的負載進行匹配，這樣就能夠提高電動機的負載率。
2.3 自耦變壓器起動分析
利用自藕變壓器的降壓起動也可以實現電動機的起動。利用自藕變壓器起動能夠有效實現帶負載起動，這種起動方式在大容量的電動機上經常使用。利用這種起動方式能夠有效實現大轉矩的起動，并可利用抽頭有效實現對轉矩的調節。通常自藕變壓器可以通過接觸器有效實現自動控制，通過自藕變壓器起動可實現低成本的起動，其性價比較高，在電機起動中應用較為廣泛。
3 電動機的幾種降壓啟動分析
通常在10 kW及以下的小型電機中，其都是可以進行直接啟動的，而對于10 kW及以上的電動機中則通常采用降壓啟動的啟動方式。為了對啟動轉矩進行減小，以防止其對相關機械設備所產生的沖擊，如果電動機允許進行全壓啟動，則其也可采用其他啟動方式，即降壓啟動。
在三相異步電動機中，通常所采用的降壓啟動方法有以下幾種：利用定子串進行降壓啟動，進行Y-方式的降壓啟動，進行軟啟動器的降壓啟動。利用這些方法都可以有效實現啟動電流的降低，對線路的電壓降落進行減小，確保電氣設備的有效運行。
3.1 串電阻降壓啟動方式
通常在定子電路中采用串電阻的方式來對定子的繞組上的電壓進行有效的降低，在電動機降壓啟動的過程中，一旦電動機的轉速達到額定值時，就應該采用切電阻的方式來有效的限制啟動電流，確保電動機能夠在全壓的方式下進行有效的運行。在對定子串的降壓啟動的過程中，其電動機啟動電流將隨定子的電壓成正比，而其啟動轉矩則與電壓的平方成正相關。
串電阻降壓啟動的缺點是其將消耗大量的電能，且串電阻降壓啟動的成本較高，這種啟動方式在啟動不頻繁的電動機中經常使用。
3.2 自耦變壓器降壓啟動方式
通常將自耦變壓器視為啟動補償器，在自耦變壓器中其電源和初級是相連的，而自耦變壓器的次級是與電動機直接相連的。在自耦變壓器中其次級是具有3個及以上的抽頭的，因此利用自藕變壓器方式可以實現3個不同大小的電壓。
使用自耦變壓器的方式進行啟動時其可以靈活選擇啟動轉矩，并有效選擇啟動電流。在電動進行啟動時，在定子繞組進行啟動時其所得到的啟動電壓將是二次側的電壓，如果啟動完畢，則可將自耦變壓器進行切除。這樣電動機就能過直接連接到相關的電源，即連接至一次側。在變壓器降壓啟動的過程中，其啟動的轉矩與電流通常都是按平方值進行降低的，即獲得同樣的轉矩，則其所獲得的電流將比降壓啟動的電流小的多，因此通常將自耦變壓器視為啟動的補償器。
采用自耦變壓器的啟動方式通常在大容量的電動機中進行使用。這種方法的主要缺點是其價格較為昂貴，且結構比較復雜，相對體積較大，不能夠進行頻繁的操作。
4 結論
上述電動機的啟動方式中分析比較中，其具有控制電路簡單的共同特點。但由于電動機啟動過程中的啟動轉矩是不可調的，因此在整個啟動的過程中將產生巨大的沖擊電流，這樣就會導致電動機將產生堵轉的現象。在對電動機進行軟啟動時雖然沒有沖擊電流，但恒流啟動過程中會導致電網的繼電保護特性具有選擇性，因此，當電動機在直接啟動不能滿足要求時，首先考慮的是軟啟動降壓啟動器。
參考文獻
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熱繼電器利用負載電流流過經校準的電阻元件，使雙金屬熱元件加熱后產生彎曲，從而使繼電器的觸點在電動機繞組燒壞以前動作。其動作特性與電動機繞組的允許過載特性接近。熱繼電器雖則動作時間準確性一般，但對電動機可以實現有效的過載保護。隨著結構設計的不斷完善和改進，除有溫度補償外，它還具有斷相保護及負載不平衡保護功能等。例如從ABB公司引進的T系列雙金屬片式熱過載繼電器；從西門子引進的3UA5、3UA6系列雙金屬片式熱過載繼電器；JR20型、JR36型熱過載繼電器，其中Jn36型為二次開發產品，可取代淘汰產品JRl6型。
帶有熱-磁脫扣的電動機保護用斷路器熱式作過載保護用，結構及動作原理同熱繼電器，其雙金屬熱元件彎曲后有的直接頂脫扣裝置，有的使觸點接通，最后導致斷路器斷開。電磁鐵的整定值較高，僅在短路時動作。其結構簡單、體積小、價格低、動作特性符合現行標準、保護可靠，故日前仍被大量采用。特別是小容量斷路器尤為顯著。例如從ABB公司引進的M611型電動機保護用斷路器，國產DWl5低壓萬能斷路器(200-630A)、S系列塑殼斷路器(100、200、400入)。
電子式過電流繼電器通過內部各相電流互感器檢測故障電流信號，經電子電路處理后執行相應的動作。電子電路變化靈活，動作功能多樣，能廣泛滿足各種類型的電動機的保護。其特點是：
①多種保護功能。主要有三種：過載保護，過載保護十斷相保護，過載保護十斷相保護+反相保護。
②動作時間可選擇(符合GBl4048．4-93標準)。
標準型(10級)：7．2In(In為電動機額定電流)，4-1Os動作，用于標準電動機過載保護，速動型(10A級)：7．2In時，2-1Os動作，用于潛水電動機或壓縮電動機過載保護。慢動型(30級)：7．2In時，9-30s動作，用于如鼓風機電機等起動時間長的電動機過載保護。
③電流整定范圍廣。其最大值與最小值之比一般可達3-4倍，甚至更大倍數(熱繼電器為1．56倍)，特別適用于電動機容量經常變動的場合(例如礦井等)。
④有故障顯示。由發光二極管顯示故障類別，便于檢修。
固態繼電器它是一種從完成繼電器功能的簡單電子式裝置發展到具有各種功能的微處理器裝置。其成本和價格隨功能而異，最復雜的繼電器實際上只能用于較大型、較昂貴的電動機或重要場合。它監視、測量和保護的主要功能有：最大的起動沖擊電流和時間；熱記憶；大慣性負載的長時間加速；斷相或不平衡相電流；相序；欠電壓或過電壓；過電流(過載)運行；堵轉；失載(機軸斷裂，傳送帶斷開或泵空吸造成工作電流下跌)；電動機繞組溫度和負載的軸承溫度；超速或失速。
上述每一種信息均可編程輸入微處理器，主要是加上需要的時限，以確保在電動機起動或運轉過程中產生損壞之前，將電源切斷。還可用發光二極管或數字顯示故障類別和原因，也可以對外向計算機輸出數據。
軟起動器軟起動器的主電路采用晶閘管，控制其分斷或接通的保護裝置一般做成故障檢測模塊，用來完成對電動機起動前后的異常故障檢測，如斷相、過熱、短路、漏電和不平衡負載等故障，并發出相應的動作指令。其特點是系統結構簡單，采用單片機即可完成，適用于工業控制。
2溫度檢測型保護裝置
雙金屬片溫度繼電器它直接埋入電動機繞組中。當電動機過載使繞組溫度升高至接近極限值時，帶有一觸頭的雙金屬片受熱產生彎曲，使觸點斷開而切斷電路。產品如JW2溫度繼電器。
熱保護器它是裝在電動機本體上使用的熱動式過載保護繼電器。與溫度繼電器不同的是帶2個觸頭的碗形雙金屬片作為觸橋串在電動機回路，既有流過的過載電流使其發熱，又有電動機溫度使其升溫，達到一定值時，雙金屬片瞬間反跳動作，觸點斷開，分斷電動機電流。它可作小型三相電動機的溫度、過載和斷相保護。產品如sPB、DRB型熱保護器。
檢測線圈測溫電動機定子每相繞組中埋入1-2個檢測線圈，由自動平衡式溫度計來監視繞組溫度。
熱敏電阻溫度繼電器它直接埋入電動機繞組中，一旦超過規定溫度，其電阻值急劇增大10-1000倍。使用時，配以電子電路檢測，然后使繼電器動作。產品如JW9系列船用電子溫度繼電器。
保護裝置與三相交流異步異步電動機的協調配合
為了確保異步電動機的正常運行及對其進行有效的保護，必須考慮異步電動機與保護裝置之間的協調配合。特別是大容量電網中使用小容量異步電動機時，保護的協調配合更為突出。
a.過載保護裝置與電動機的協調配合
過載保護裝置的動作時間應比電動機起動時間略長一點。由附圖可見，電動機過載保護裝置的特性只有躲開電動機起動電流的特性，才能確保其正常運轉；但其動作時間又不能太長，其特性只能在電動機熱特性之下才能起到過載保護作用。
過載保護裝置瞬時動作電流應比電動機起動沖擊電流略大一點。如有的保護裝置帶過載瞬時動作功能，則其動作電流應比起動電流的峰值大一些，才能使電動機正常起動。
過載保護裝置的動作時間應比導線熱特性小一點，才能起到供電線路后備保護的功能。
b.過載保護裝置與短路保護裝置的協調配合一般過載保護裝置不具有分斷短路電流的能力。一旦在運行中發生短路，需要由串聯在主電路中的短路保護裝置(如斷路器或熔斷器等)來切斷電路。若故障電流較小，屬于過載范圍，則仍應由過載保護裝置切斷電路。故兩者的動作之間應有選擇性。短路保護裝置特性是以熔斷器作代表說明的，與過載保護特性曲線的交點電流為Ij，若考慮熔斷器特性的分散性，則交點電流有Is及IB兩個，此時就要求Is及以下的過電流應由過載保護裝置來切斷電路，Ib及以上直到允許的極限短路電流則由短路保護裝置來切斷電路，以滿足選擇性要求。顯然，在Is-IB范圍內就很難確保有選擇性．因此要求該范圍應盡量小。
結語
關鍵詞：功率因數；影響因素；補償方法；容量確定
許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能
1.影響功率因數的主要因素
1.1電感性設備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備
大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。根據前段時間數據統計分析，我礦所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%～15%，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因此，為了改善電力系統和礦山的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。
1.2供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大影響
當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，根據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。
1.3電網頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響
1.4無功補償原理
當電網電壓的波形為正弦波，且電壓與電流同相位時，電阻性電氣設備如白熾燈、電熱器等從電網上獲得的功率P等于電壓U和電流I的乘積，即：P=U×I。
電感性電氣設備如電動機和變壓器等由于在運行時需要建立磁場，此時所消耗的能量不能轉化為有功功率，故被稱為無功功率Q。此時電流滯后電壓一個角度f。在選擇變配電設備時所根據的是視在功率S，即有功功率和無功功率的幾何和：
2.采用適當措施，設法提高系統自然功率因數
提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施做一些簡要的介紹。
2.1合理選用電動機
合理選擇電動機，使其盡可能在高負荷率狀態下運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械特性，又要考慮它們的電氣指標。舉例說，三相異步電動機（100KW）在空載時功率因數僅為0.11，1/2負載時約為0.72，而滿負載時可達0.86。所以核算負荷小于40%的感應電動機，應換以較小容量的電動機，并合理安排和調整工藝流程，改善運行方式，限制空載運轉。故從節約電能和提高功率因數的觀點出發，必須正確合理的選擇電動機的；
2.2提高異步電動機的檢修質量
實驗表明，異步電動機定子繞組匝數變動和電動機定、轉子間的氣隙變動是對異步電動機無功功率的大小有很大影響。因此檢修時要特別注意不使電動機的氣隙增大，以免使功率因數降低。
2.3采用同步電動機或異步電動機同步運行補償
由電機原理可知，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠激狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過激狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，只要調節電機的勵磁電流，使其處于過激狀態，就可以使同步電機向電網“送出”無功功率，減少電網輸送給我礦的無功功率，從而提高了我礦的功率因數。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行狀態，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態，即可以向電網輸出無功，從而達到提高低壓網功率因數的目的。
2.4正確選擇變壓器容量提高運行效益
對于負載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善本企業電網的自然功率因數。如：對平均負荷小于30%的變壓器宜從電網上斷開，通過聯絡線提高負荷率。
通過以上一些提高加權平均功率因數和自然功率因數的敘述，或許我們已經對“功率因數”這個簡單的電力術語有了更深的了解和認識。知道了功率因數的提高對電力企業的深遠影響，下面我們將簡單介紹對用電設備進行人工補償的方式和對補償容量的確定方法。
3.設計總結
以上是我淺談功率因數對我礦供電A電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和企業效益，介紹了影響功率因數的主要因素以及提高功率因數的一般方法，還闡述了如何確定無功功率的補償容量及無功功率的三種人工補償的具體方式，集中探討了無功補償技術對我礦的高、低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和企業效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的方法，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節約電能的目的，為保證降低電網中的無功功率，提高功率因數，保證有功功率的充分利用，提高系統的供電效率和電壓質量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節約電能，通常在高、低壓供配電系統中裝設電容器無功補償裝置。
4.設計心得體會
通過這次畢業設計論文讓我重新對影響大紅山供電的因數有了全新的認識，這也是我第一次獨立從找資料到寫論文，經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過這次設計培養了我獨立工作與學習合理安排相互調節的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的工作生活有巨大而重要的影響。
參考文獻：
[1]主編：孟祥忠.《現代供電技術》.清華大學出版社，2006年第一版，1-303頁。
[2]王兆安，楊君，劉進軍，王躍.《諧波控制和無功功率補償》，機械工業出版社，2006年第二版，1-444頁。
教學目標 以往的教材都注重對電機的理論分析。而本課程教學則會從學校實際出發，以培養應用型人才為宗旨，著重從應用角度出發，分析直流電機、變壓器、異步電機和微特電機等的基本結構、工作原理、電磁關系和運行特性，重點掌握各種電機的外特性，為掌握本專業和學習后續課程打下基礎。
在專業課程體系中的定位 《電機應用技術》是浙江大學城市學院自動化專業的專業方向課程，該課程的學習將為后續《電氣控制與PLC應用》《交直流調速技術》和畢業設計等課程環節建立必要的基礎，是自動化專業承上啟下的重要專業課程。
在專業能力培養中的定位 該課程定位于讓學生樹立以交直流電機為控制對象的完整的自動控制系統的概念，結合已學過的電路原理、數字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、單片機、電力電子技術等課程，搭建以電機為控制對象的閉環控制系統，并完成對電機性能的調試和控制。
與核心課程群中其他課程在知識體系與能力培養上的整體設計 《電機應用技術》與自動化專業的其他核心課程之間的關系，如下圖所示。在一個完整的閉環控制系統中，《計算機控制》《單片機》《PLC》是控制手段，《電力電子技術》《數電》《模電》提供電機的驅動電路，《電機應用技術》構成系統的控制對象，《運動控制技術》和《控制系統設計》提供系統的理論概念和分析方法，《自動控制理論》《系統建模與仿真》《智能控制》偏重原理性地介紹和理論的分析，主要定位培養學生的系統概念和理論分析能力。
基礎知識要求 要求掌握直流電機的結構和基本工作原理、直流電動機的電力拖動、變壓器基本工作原理和變壓器組別判斷、交流電機的結構和基本工作原理、三相異步電動機的電力拖動、同步電機、微特電機以及電動機的容量選擇等。知識點：電力拖動系統的運動方程式;直流電機的工作原理、內部結構、用途、運行特性以及他勵直流電機的起動、調速和制動;變壓器的結構和工作原理、變壓器空載運行和負載運行特性、變壓器的接線組別判斷;三相異步電動機的工作原理、內部結構、用途、工作特性、參數的測定、運行特性、三相異步電動機的起動、制動和調速問題;了解伺服電機、步進電機、測速發電機、無刷直流電動機的結構和基本工作原理。
能力培養要求 培養學生了解直流電機、變壓器、交流電機的運行特性分析，同時結合已經學習過的電路原理、數字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、單片機、電力電子技術等課程，搭建以電機為控制對象的閉環系統，樹立閉環反饋系統的整體概念，完成對電機的性能分析和控制。技能點：能夠搭建以電機為控制對象的閉環控制系統，并對電機性能進行分析，同時借助單片機等控制手段完成對電機的智能控制，能夠獨立完成閉環系統硬件搭建和調試，掌握PID等經典控制算法在實際系統中的應用。
實踐教學要求 利用課外時間以三四人的小組為單位，搭建直流電機的閉環控制系統，要求完成硬件系統搭建、軟件程序編寫與調試以及報告的撰寫。通過本次設計，增加學生對電機理論知識的感性認識，完成理論到實踐的轉換。
作業要求 隨堂課后作業、課外引導性項目實踐設計、網上在線測試。隨堂與課堂講授知識點匹配的作業要求跟隨進度完成;課外引導性項目實踐設計分6周完成，完成硬件系統搭建、軟件程序編寫與調試以及報告的撰寫，實施分組進行。
考核要求 在理論考試中，加強基礎、強調應用、注重引導、形式多樣。充分利用試題的設計與收集，合理設計試題，著重考查學生對基本概念的理解掌握及應用所學知識的能力，淡化理論的推導和復雜的數學計算，著重考察學生綜合應用電機及拖動知識的能力。調動學生積極性，結合教學互動，讓學生參與到理論教學中來。開學初讓學生組成學習小組，人數限定在2人或3人，指定組長，上一節課會將下節重要內容布置下去，每節課都預留部分時間，讓學生對本節重點內容進行講解。評價比例為：期末考試成績占40%，平時成績占60%，其中平時作業加到課率15%、課堂情況10%、平時測試15%、綜合性設計（注重學生的個性化發展）20%。
【關鍵詞】節能；軟啟動；交流異步電機；輕載
1.引言
目前的電機節能技術主要是通過改進起動控制方式和運行中節能兩部分進行節能，傳統的起動方式主要有以下兩種：（1）直接起動方式，也叫全壓起動。起動時通過一些直接起動設備，將全部電源電壓直接加到電動機的定子繞組，使電動機在額定電壓下進行起動。直接起動的起動線路是最簡單的，然而對于需要頻繁起動的電動機，過大的起動電流將造成電動機的發熱，影響電動機的壽命；同時電動機繞組在電動力的作用下，會發生變形，可能引起短路，進而燒毀電動機；另外過大的起動電流，會使線路壓降增大，造成電網電壓的顯著下降，從而影響同一電網的其他設備的正常工作，有時甚至使它們停下來或無法帶負載起動。（2）傳統減壓起動方式。減壓起動是在起動時先降低定子繞組上的電壓，起動后，再把電壓恢復到額定值。常見的減壓啟動有以下四種：①星形-三角形（Y-）起動；②串電抗起動；③自耦變壓器起動；④延邊三角形起動。減壓起動雖然可以減小起動電流，但是起動轉矩也會同時減小。因此，減壓起動方法一般只適用于輕載或空載情況下起動。
本文設計的節電器采用軟起動的方式，彌補了傳統起動方式的不足。本文采用六只晶閘管，兩兩反向并聯，串聯到電動機的三相電源線路上，系統發出起動指令后，起動器微機控制系統就會進行數據據運算，使得輸出晶閘管發出觸發信號，控制晶閘管的導通角，按照設定的模式，調節輸出的電壓，達到控制電動機起動的目的。由于在起動前設定了一個不對電網產生影響的起動電流，電流是緩慢增大至設定電流，故無沖擊電流，所以對電網的影響很小小，并且降低了起動力矩的沖擊。在節能的同時，增加電動機保護電路，在出現缺相、過載、短路等故障時可以及時切斷電源，保護電動機。
2.系統整體結構
本設計的電路包括負載跟蹤電路，故障檢測電路，欠壓補償電路，電機控制電路和為各電路提供工作電源的直流電源電路等，如圖1所示。
直流電源電路如圖2所示，12V直流供電電路由變壓器T1、二極管D1―D4組成的整流橋、12V穩壓管DW1和濾波電解電容C1組成，變壓器T1的兩個輸入端與交流輸入電壓兩端連接，變壓器T1的兩個輸出端連接整流橋的兩個輸入端，12V穩壓管DW1連接在整流橋的兩個輸出端，濾波電解電容C1并聯在12V穩壓管DW1的兩端。5V直流供電電路是在12V直流供電電路基礎上采用三端穩壓器SWDZ1產生。12V電源接三端穩壓器SWDZ1輸入端，濾波電解電容C2、C8接在三端穩壓器SWDZ1和地之間。直流電源電路為后續電路提供低電壓工作電源。
負載跟蹤電路如圖3所示，負載跟蹤電路主要由單片機PIC12F675，電流互感器TL1，高頻抑制電容C3，運算放大器LM358，微調電阻R46，節能指示燈LED1，設置指示燈LED2以及整流二極管D5，濾波電解電容C12組成。電流互感器T1初級的兩個輸入端連接在電機工作電流上，次級與運算放大器LM358的同相端、反相端分別連接，運算放大器LM358的輸出放大的交流電壓信號端連接整流二極管D5，在整流二極管D5的輸出端連接濾波電解電容C3。電阻R46將放大后的直流電流轉換成直流電壓；運算放大器LM358被接成反相放大器，當電機開始工作時，感應的交流電壓信號輸入LM358進行放大，運算放大器LM358輸出放大的交流電壓信號，通過二極管D5整流，C3濾波將交流電壓信號平均為直流電平信號，連接單片機PIC12F675的GP4端采樣端口部分。在設置時，調節R46直至指示燈LED2亮，表示調整到理想位置；單片機采樣判斷若電機為輕載，則調節電機電壓進行節能，此時節能指示燈LED1亮。
故障檢測電路如圖4所示，故障檢測電路由單片機PIC12F675，電流互感器TL2、TL3、TL4，電壓取樣電阻R28、R29、R30，整流二極管D8、D9、D11，濾波電容C4、C6、C7和故障報警指示燈等組成。單片機PIC12F675的VCC端連接在5V三端穩壓器SWDZ1的輸出端，單片機PIC12F675的GP1、GP2、GP4端為電機三相交流電的感應直流電平信號采樣輸入端，該單片機使用內置的4M晶振，R43、C22串聯接單片機GP3的上電復位端口，D13為故障報警指示燈，當電機正常運轉時指示燈熄滅，出現缺相、過流等故障時指示燈亮。
欠壓補償電路如圖5所示，電壓互感器T2初級的兩個輸入端連接在電機工作電流上，次級與運算放大器UA741的同相端、反相端分別連接，運算放大器UA741輸出放大的交流電壓信號端連接整流二極管D10，在整流二極管D10的輸出端連接濾波電解電容C5，然后連接到單片機PIC12F675的GP4端采樣端口部分，當單片機經過采樣、運算、判斷之后發現電機電壓低，欠壓指示燈亮，同時控制進行電壓補償。電阻R36為釋放電阻，用于放出電容C5中的電能。
電機控制電路如圖6所示，電機控制電路由光電耦合器JP1―JP9，晶閘管Q1―Q3，滿載指示燈D12，三極管Q4、Q5、Q6，延時電容C9、C13、C14，壓敏電阻R8、R23、R24，限流電阻R31、R32、R2以及濾波電容C10、C15、C16等組成。光電耦合器信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩定；晶閘管可以進行可控整流，當負載跟蹤電路監測到電機負載發生變化時通過控制三極管Q4的通或斷控制晶閘管，就可以改變電機電流。同樣，故障檢測電路檢測到故障發生則斷開三極管Q6，晶閘管停止工作，保證電機安全；欠壓補償電路發現電路欠壓時，通過控制三極管Q5的通或斷進行調節和補償。電機輕載啟動時，通過電容C9、C13、C14延時供電，光耦JP1、JP2不工作，晶閘管的導通角較小，電機降壓啟動；滿載啟動時，光耦JP1工作，不進行延時，電機全壓啟動。壓敏電阻R8、R23、R24耐壓值為470V，當電壓過高時自動短路，具有抗浪涌的功能，有效保護晶閘管和電機。
3.系統軟件流程
本文中系統對傳統電動機控制方式的主要改進在于軟啟動和與之對應的軟停機，同時在運行過程中實時監控電機負載狀況，負載較小時降壓運行，節省電能，負載較大時恢復全壓運行。當有故障出現時，進行顯示和系統自檢，若檢測到故障較嚴重即斷電停機，保護電動機。系統由3片單片機配合工作，其整體軟件流程圖如圖7所示。
4.系統測試
通過在10KW交流異步電動機上的實際調試和參數調整，此系統軟硬件結合很好，軟起動效果良好，能夠有效跟蹤電機負載狀況并及時調整電壓，保證電動機工作在最經濟的狀態下，同時，系統可以有效判斷缺相、過載、短路等故障，出現故障時可以及時切斷電源，保護電動機。
5.結語
本文中設計的交流異步電動機節電器采用六只晶閘管，兩兩反向并聯，串聯到電動機的三相電源線路上，通過軟起動方式起動電動機，降低對電網的拖動和沖擊，在電動機運行過程中實時跟蹤負載狀況并調整電壓，實現經濟運行，節省電能，并可以在電動機出現故障時保護電動機，延長電動機壽命，對使用交流異步電動機較多的工礦企業有實際意義。
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