三相异步电动机智能化节能器控制策略与控制算法

1、引言 　　在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。有资料表明，中国能源利用效率比发达国家低很多，90年代中国高耗能产品的耗能量一般比发达国家高12%-55%左右。由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。目前，国内电机节能器的研究非常活跃，但是在产业化方面还不是很理想，市场的大部分被国外公司所占据。因此，为了加快国内节能器的发展，在国家十五计划中，电机系统节能方面的投入高达500亿元左右。 三相异步电机智能化节能控制器，系与上海某公司北京分公司联合攻关开发的新产品，基于微处理器数字控制技术，通过其内置的专用节电优化控制软件动态调整电机运行状态过程中的电压和电流，最大限度的提高电机的功率因数，可以有效避免电机因匹配不合理造成的电能浪费，节电率高达5-38%。同时，为了避免对电网的冲击而影响其他用户的正常使用节能器还具有完善的软启动、软停车功能，实现了电机的无级平滑启、停控制。 2、系统硬件设计 　　系统原理结构如图1所示，系统采用了双微机结构。 控制机89C52负责交流调压的移相控制和三相触发脉冲的时序管理、控制策略的优化调度和控制算法的实现，以及设备运行状态的逻辑分析和综合故障处理。同时，控制机89C52与键盘、显示器、拨码盘连接，能够完成设备参数的设置与修改、工作模式的选择和身份码的设定。 　　测量机89C52负责负载电流的检测、功率因数检测与计算、用电量的在线计量。同时，测量机89C52与数串模块D21MD连接，能够接收主控机PC的各种远程控制操作，实现远程通讯。 双单片机间的数据并行通讯采用双口RAM IDT7130，这是一种高速1K×8bit双口静态RAM，带片内总线仲裁电路，适用于双机之间大量数据的快速双向传递。IDT7130提供了两套各自独立的控制和地址总线，同时提供了BUSY和INT两种总线仲裁方式。IDT7130芯片内部的集成竞争逻辑基于访问信号先到者优先的原则，可以在两个CPU同时访问端口时进行地址访问或片选匹配。将两端口中访问慢的一方BUSY引脚电平下拉，使之写入操作无效；一旦一方访问完毕，访问慢的一方BUSY线恢复上拉电平状态，即可继续访问双RAM。 3、控制策略和控制算法 3.1、控制策略 结合三相异步电动机负荷特性，设计几套控制策略，针对不同工况调用不同控制算法。 3.1.1 、启动过程的控制策略 启动过程应考虑快速性和电流过载能力。所以启动时采用脉冲电流启动和电压斜波启动相结合的方案。同时配置限流和限时的安全措施。 可设置/修改启动初始电压Ust、启动时间tg1、停车时间tg2，结果存入看门狗+E2PROM X5045中。 3.1.2 运行过程的控制策略 运行过程中随工况变化负载功率因数随之变化，采用功率因数角负反馈闭环调节进行节能控制。同时，考虑到突加负载情况，为防止突加负载引起停车现象发生，配置突增负载工况的诊断和非线性升压控制措施；在负载很轻或空载情况下，为减少电机拖动设备的无效行程，提高节电率，配置间歇工作机制；对运行期间出现的断相、三相不平衡、过载故障等配置反时限安全保护措施。 3.1.3 移相脉冲可靠性触发控制策略 对于感性负载，负载电流滞后电压β角。在以电压过零作同步信号的系统中，当移相触发角α<β情况的“半波整流”现象发生，图3 （a）所示。为保证移相脉冲的可靠触发，常要求触发信号为宽脉冲或脉冲串，但在双脉冲触发方式下，α较大时第二脉冲串可能引起“误换相触发”现象发生，见图3（b）所示。 5、结束语 　　本文介绍的节能器为通用型设计，在油田活塞式抽油机节能控制应用中取得了显著的节能效果。文章中介绍的控制策略和控制算法在生产实践中得到了检验。该方法可广泛应用于三相异步电动机的节能控制器设计和软启动器设计。 参考文献 [1]石光峰，《电机软启动控制模块的功能及其应用　电气传动(2001.1)》.2001.08.31。 [2] 王 毅 、徐殿国，《风机类负载启停控制的电机软启动控制器　风机技术》 ，2001.11.08。 [3] 李远辉，《地铁交流异步电动机起动及优化节能　电气时代》 ，2001.12.05。 [4] 金 墨 、齐永杰 ，《电机软启动器的探讨　中国市政工程华北设计研究院》，2002.8.10。