异步电动机无功补偿

摘要

本文进行了异步电动机的运行特性分析，通过电路分析和数学推导建立了异步电动机的数学模型及等效电路。阐述了三相异步电动机就地无功补偿的原理和作用。最后，以8051单片微型机作为控制主体设计了智能型交流异步电动机就地无功补偿装置。

关键词：异步电动机；单片机；无功补偿；AD654芯片；功率因数

AbStraCt

Because Of SUCh adVan土age Ofthe aSynchronous motOr aS Simple St，rUCture，the

reliable running，the convenient service and cheap phce，n iS widely applied in all

tradeS and occupatiOnS．n iS well known that motOr whiCh iS direct·on Starting haS

many malpracdces．When eleCtriCal machinery 1ight-lOading running，the power 10Se

increases，the e伍Ciency and power faCtors bOth greatly reduce．TherefOre 讧haS

extremely V讧a1 Signincance tO implement efieCUve COntrOl on aSyncbronous motOr，

guaran“ng the secur讧y Ofthe eleCthCal machinery， avoiding th云eleCtriCal network

impact，enabling讧economyrunninS．

ThiS paper analyZe the model and equiValent Circun Ofthe aSynchronous motOL

Anerdepic“ngthetheoryOftheaSynchronousmotOrreacdvepowercompensatiOno n

the spot，we deSignathe aSynchronousmotOrreacdvepowercompensatiOndeviCe on

theSpOtbasedon 8051 SingleChipMiCrocomputer．

KeywordS：ASynchrOllOUS motOr； MiCrocompUter；

AD654Chip；Power factOr

ReacUvepowercompensatiOn；

引言

随着我国工农业生产的迅速发展，电能的需求量越来越大，开发和节约能源已成当务之急。作为一种重要的动力设备，三相交流异步电动机的用电量是非常大的。这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载运行。因此，“大马拉小车”的现象几

乎是很普通的，如煤矿常用的胶带输送机、刮板机、绞车、压风机、机床等设备在大部分运行时间中，电动机的负荷变动都较大，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为0．3—0．4，有的还更低。电动机的负载率低，效率小高，电能

的浪费现象十分严重。1996年国家统计局统计数字表明，我国全国年发电量的60％为各种电机设各所消耗，其中90kW以内的中小功率异步电动机耗能占总

电机耗能的7 0％，即消耗4200亿度电。按我国今年国家规定0．5元／／kWh

的

电价计算，其折合人民币210亿元。如果这些异步电动机能够节电10％，就可节约21亿元人民币。2002年国家电力部统计数字表明，火力发电每kwh需投资约1元；。：三峡水电每kwh需投资约1．13元，建设周期13～17年；核电每kwh

需投资2—3元；其他能源(太阳能、风能、海洋能等)每kwh需投资3～5元。若仅按中小功率异步电动机节电10％计算，其年节电量相当于三峡电站的半年发电量，可节约国家投入电站建设资金5 0亿元左右，为国家节约大量能源和费用。

异步电动机的补偿原理

异步电动机定子和转子之间的关系都是电磁感应关系。当定子绕组中通以对称的三相的交流电流时，产生旋转磁势和相应的旋转磁场，它以同步速切割转子绕组，并在转子绕组中感应出电势及电流；转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子旋转输出机械功率。它是以磁势平衡、电势平衡、电磁感应和全电流定律为理论基础。所以，其功率因数总是滞后的，电动机必须从电网中吸取感性无功才能正常工作。

当电动机空载时，转子转速与同步转速接近，因此转差率，藩00此时，功率因数很低，约为0.1～0.2。当负载增加时，转子电流的有功分量增加，定子电流的有功分量也随之增加，电动机的功率因数提高，在接近额定负载时，功率因数达到最大。

当负载超过额定值时，s值变大，转子功率因数角增大，转子电流的无功分量增加，致使电动机定子功率因数重新下降。

所谓电动机无功就地补偿，就是把电容器直接并联在电动机接触器卜而或电动机接线端子上，使电动机所需要的无功大部分由并联电容器供给，电网只为电动机供给有功和少量无功，这样可以减轻电网负担，提高电网的输出能力并减少损耗。

由于控制系统以无功功率作为主要的检测及控制目标，而无功功率的计算公式如下：

据此，控制系统设计了电压、电流以及功率因数测量电路，无功功率可由

所测得的电压值、电流值以及功率因数值根据公式(4—1)计算得到。

同时系统还设计了显示电路以显示系统运行参数数值。控制系统根据计算得到的无功缺额控制相应电容器组的投切，投切指令由单片机的I／0口输出给无触点丌关，为了增加I／0口的驱动能力，系统设计了驱动电路，

控制系统软件的设计

系统软件结构采用模块化设计，各功能模块由相应的子程序来完成，使系统软件结构清晰，便于调试和修改。系统软件主要包含下列功能模块：

(1)线电压、相电流采样及数据处理程序：

(2)外中断服务程序(采样功率因数)；

(3)功率因数采样数值处理程序：

(4)电容器组的投切控制程序：

(5)键盘与显示程序。

系统软件编程语言采用C语言，C语言是一种结构化程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具有汇编语言的功能。用汇编语言编写的程序结构紧凑，效率高，但编程复杂，可读性差。而C语言库函数丰富，运算速度快，具有良好的可移植性，而且可以实现直接对系统硬件的控制。用C语言编写程序，可以大大缩短开发周期，提高效率，并且增加了程序的可读性