异步电机轻载降压节能中功率因数的研究

科技创新导报2012NO.36ScienceandTechnologyInnovationHerald科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald17研究报告异步电机轻载降压节能中功率因数的研究①兴志（南京信息职业技术学院江苏南京210046）摘要：针对异步电机轻载时运行效率低的缺点，该文阐述了异步电机降压节能的原理。提出采用全周波傅氏算法计算电机电压、电流的相位，从而算出功率因数。应用电机轻载降压调节功率因数的方法实现节能控制。实验室测试结果表明，该方法在电机轻载运行时起到了很好的节能效果。关键词：异步电机轻载降压节能功率因数中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（c）-0017-02ResearchonAsynchronousMotoralightloadbuckenergysavinginpowerfactorXingZhi(NanjingCollegeofInformationTechnology,Nanjing,Jiangsu,210046)Abstract:Tothedisadvantagethatasynchronousmotorhasloweroperationalefficiencywithlight-loading,thepaperanalyzestheenergy-conservingprinciplebystep-down.usingfull-cycleFourieralgorithmforcorrectioncalculatedvoltageandcurrentphase,andthuscalculatethepowerfactorangle.Theapplicationmotorlightloadbuckregulatorpowerfactortoachieveenergycontrol.Laboratorytestresultsshowthatbetterenergy-conservingeffectisobtainedinlight-loading.Keywords:AsynchronousmotorLightloadingEnergy-conservingbystep-downPowerFactor①作者简介：兴志，男，硕士，讲师，研究方向为电机驱动与控制。(xingzhi@njcit.cn,)。三相异步电机应用范围非常广泛，它在运行时，所带负载经常处于变化状态，在轻载或空载的状态运行时，就会增大功率损耗，因此对于长期处在空载或轻载状态下运行的异步电机，有很大的节能空间。一般有三种方式可以使异步电动机在运行时达到节能的目的：一是调速技术；二是降低定子电压节能；三是优化电动机本体设计节能。在研究异步电动机的降压节能时，需轻载状态下对电机功率因数检测，传统的功率因数的检测，需要对电压、电流的相位角进行精确测量，所需元件较多，运算比较复杂，而且所需成本过高，本文提出的检测方法是，采用全周波傅氏算法,每隔固定时间对交流信号进行采样，采样信号经离散傅里叶变换的方法计算功率因数，无论从响应速度还是计算的精度方面来看都能达到比较好的效果，通过傅氏算法可以很方便的算出电压，电流的相位，从而算出功率因数。1降压节能原理分析异步电机功率因数和效率的变化与负载率有关，当异步电动机在额定负载率下运行时，此时的的功率因数和效率值都很高。在电机轻载运行时，功率因数与效率都很低，有较大的降压节能调节空间。假设电机在降低的相电压和额定电压两种端电压下的负载为同一负载，则有以下2种情况的效率之比。111111coscosϕϕηηηIUIUNNNxNx==（1）式中，1U，NU1分别为电机端降低的相电压和额定相电压；1I，NI1分别为两种电压下电机定子电流，N11cos,cos为功率因数。不计磁饱和作用和集肤效应,额定电压及降压时电机的各阻抗参数基本不变,由异步电动机近似等值电路的电机阻抗srxxsrrZ2221221)()(（2）式中在电机轻载时起端电压不很小的情况下，转差率S的大小在额定转差率附近，是数量级较小的数。S为一较正系数，用于减小近似产生的误差，同一电机S为一校正系数，用于减小近似产生的误差，同一电机基本不变。考虑上式得NNNNNsUsUZUZUII111111//（3）式中：Z1，ZN分别为轻载时降压及额定电压下的电机阻抗、S，SN分别为两种电压下电机的转差率。将式（3）代入式（1）得121121coscossUsUNNNv（4）由上式知，只有当v大于1时，轻载降压时电机的运行效率才大于额定电压时的效率，才能实现节能。降压后的功率因数的近似计算公式：222011)3/()1/1()(31coscosu