关于电机最佳效率—恒功率控制系统的研究

关于电机最佳效率—恒功率控制系统的研究

【摘要】本系统是以恒功率主电机的最佳效率为基准的控制方法。以能耗较大的主电机作为主要节能考虑，将能耗较小的给进（料）电机作为辅助配合。利用主电机的电流作为输入源信号变频控制给进（料）电机，保证主电机以恒功率工作。本系统是新型的机械系统最佳匹配节能概念。

【关键词】恒功率；最佳效率；变频控制；匹配节能

0.引言

电机是最广泛使用的一种动力机械，每年的耗电量占我国总耗电量的60%以上，在满负荷工况条件下，普通电机的效率一般较高，通常在80%左右；当负荷下降时，普通电机的效率便随之显著下降。而且电机选型时是按最大可能负荷和最坏工况所需的功率而定，多数电机在大部分运行时间的负荷率都在50%～60%，所以实际运行效率都比较低。因此，提高电机的运行效率，有着巨大经济效益和社会效益，更对节能低碳生活生产做出巨大贡献。

本论文针对的是拥有主电机与给进（料）电机的大型机械设备，内容将主要以55KW大型粉碎机组的例子展开。介绍了以能耗较大的主电机作为主要节能考虑，将能耗较小的给料电机作为辅助配合。利用主电机的电流作为输入源信号变频控制给料电机，保证主电机以恒功率工作。

1.主电机启动与给料电机启动

1.1主电机

55KW大型粉碎机组的主电机是一台55KW交流三相电动机，由于机械转子起动负荷较大，采用延时变阻降压启动。（见图1）

1.2给料电机

55KW大型粉碎机组的给料电机是一台1.5KW交流三相电动机，给料电机采用延时启动，为保证主电机在完全启动并已运行在最佳功率情况下，启动给料电机进行原料的添加。

2.主电机的恒功率工作状态

原始方式中，给料电机以恒定不变的速度添加原料，此时主电机必定由于粉碎进入快慢变化、干湿变化、原料进料口堆积、原料大小不一等原因导致功率变化，从而无法使主电机恒定保持某个输出功率，电机容易损坏，不少企业往往在主电机选型时采取增加电机功率。

主电机的恒功率工作状态，变频控制给料电机的进料速度，可使主电机功率变化控制到最低，令主电机处于一个最大的恒定输出功率，从而使主电机在最初选型阶段就能功率最小化，电机也不易烧毁，实现根本上的节能，并在工作状态中更好地控制主电机输出功率达到进一步节能的作用。

3.主电机电流信号引出及所用元器件

3.1主电机电流信号引出

通过交流电流变送器，将主电机的电流（约为100A）实时传换成较小的电流信号（4-20mA 标准直流信号），再将此直流信号作为变频控制器的输入信号。

3.2交流电流变送器

交流电流变送器，是一种电源电压为+24V额定电流5A、50A、100A、200A、300ARMS，可隔离测量交流及脉冲电流，并输出4-20mA标准直流信号的霍尔元器件。精度为Imin 的±0.5%，其温漂Imas 的0.05%/℃，工作温度范围-25℃～+85℃。（见图3）

4.变频控制给料电机

主电机电流信号引出，作为变频器控制器输入直流信号后，输入直流信号通过PID控制改变给料电机电流，使得给料电机功率变化实时确保主电机最大恒定功率运行。（见图4）

最终实现控制表现为：当主电机电流上升，交流电流变送器传出直流信号，变频器接受信号PID控制给料电机电流产生下降，反之产生实时伴随性的电流上升，因此能实时控制主电机保持在所需恒定功率。（见图5）

5.结论

本文在分析了目前大功率电机未实现最佳效率运用的基础上，设计了恒功率控制系统，并采用交流电流变送器作为主电流信号引出元件、采用变频器作为逻辑运算元件，以恒功率主电机的最佳效率为基准的控制方法的设计与实现。实物运行结果表明：所设计的恒功率系统工作较为稳定可靠，可广泛适用于拥有主电机与给料电机的大型机械设备上，具有良好应用前景。

参考文献：

[1]姚红菊，赵斌.变速恒频风电机组额定风速以上恒功率控制.能源与环境，2005，3：12-13，49

[2]刘陵顺，田锦昌等.考虑铁损时异步电动机的最佳效率控制.微电机，2001，34（4）：50-53

[3]吴宏富.高效节能CWM-80型超级涡流磨粉碎机.化学工业. 2007，25（9）：22

[4]佟雨兵吴今培.一种洗衣机模糊变频控制的实现.计算机测量与控制，2010，10（10）