電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　根據(jù)測量，油田用抽油機(jī)大部分時(shí)間在空抽、電機(jī)均在輕載狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)效率和功率因數(shù)都比較低，造成大量電能浪費(fèi)。為此，依據(jù)銅耗等于鐵耗時(shí)，電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)最高，最省電原理，設(shè)計(jì)一種抽油機(jī)電機(jī)自動(dòng)控制的節(jié)能裝置。采用電動(dòng)機(jī)調(diào)壓裝置，基于模糊控制理論，通過主電路中晶閘管的移相控制調(diào)節(jié)抽油機(jī)電機(jī)端電壓，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在滿足抽油機(jī)正常

2、運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，使電動(dòng)機(jī)工作在銅耗等于鐵耗的狀態(tài)下，提高抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。該裝置在抽油機(jī)的整個(gè)工作周期中，不改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，不影響抽油機(jī)的采油效率;具有軟啟動(dòng)、缺相、過載保護(hù)等功能。是油田采油生產(chǎn)中較為理想的電動(dòng)機(jī)控制裝置，具有廣泛的推廣使用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞:抽油機(jī);電動(dòng)機(jī);節(jié)能;單片機(jī);銅耗;鐵耗</p><p><b>　

3、　ABSTRACT</b></p><p>　　According to statistics,pomping unit in oilfields are working at empty situation with motor running under light load，so make the motor efficiency and power factor too lower,cause

4、 a large amount of electric energy wasting.With Fuzzy control theory and adopting the working voltage of motor the line voltage of pump unit’s motor is a regulated by real time phase–shift control.While meeting the usual

5、 running,the working efficiency and power factor are improved，so as to save the electric energy. Moreo</p><p>　　Keywords:Oil pumping rnachine; Motor; Energy-conservatxan; single–chip microcomputer Copper Los

6、ses;Iron Losse</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 前言1</b></p><p>　　1.1 課題來源1</p><p>　　1.2 異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)能技

7、術(shù)發(fā)展綜述2</p><p>　　1.4 本文所做的主要工作7</p><p>　　1.4.1基本思路：“銅耗=鐵耗”8</p><p>　　1.4.2節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)9</p><p>　　1.4.3控制回路設(shè)計(jì)9</p><p>　　1.4.4控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)10</p><p>

8、　　第2章 抽油機(jī)的負(fù)載特性11</p><p>　　第3章 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性分析13</p><p>　　3.1 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)13</p><p>　　3.1.1等效電路及矢量圖13</p><p>　　3.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系及損耗分析15</p><p>　　3.1.3

9、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式16</p><p>　　3.2 運(yùn)行條件變化對電動(dòng)機(jī)性能的影響18</p><p>　　3.2.1 負(fù)載變化對損耗、效率、功率因數(shù)和轉(zhuǎn)矩的影響19</p><p>　　3.2.2電壓變化對電動(dòng)機(jī)性能的形響21</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)25</p><p><b&g

10、t;　　4.1 概述25</b></p><p>　　4.2 抽油機(jī)節(jié)能裝置主電路25</p><p>　　4.3 功率控制電路27</p><p>　　4.4節(jié)能裝置控制部分29</p><p>　　4.5采樣與檢測30</p><p>　　4.5.1電壓、電流采樣30</p>

11、<p>　　4.5.2 與的相位角檢測32</p><p>　　4.6 IO接口33</p><p>　　4.7 無功功率補(bǔ)償34</p><p>　　4.8 節(jié)能裝置保護(hù)部分35</p><p>　　4.8.1 外部線路斷相保護(hù)36</p><p>　　4.8.2 功率控制元件故障保護(hù)36<

12、;/p><p>　　4.8.3 電機(jī)缺相保護(hù)36</p><p>　　4.8.4電機(jī)短路和過流保護(hù)37</p><p>　　第5章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)38</p><p><b>　　第6章 結(jié)論44</b></p><p><b>　　致謝45</b></p>

13、;<p><b>　　參考文獻(xiàn)46</b></p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p><b>　　1.1 課題來源</b></p><p>　　能源是人類文明的基石，人類從遠(yuǎn)古時(shí)代開始就按照自己的要求使用能源，創(chuàng)造出燦爛的文明和文化。我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的總方針是“

14、堅(jiān)持開發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在首位”，1998年1月1日《中華人民共和國節(jié)約能源法》的頒布和實(shí)施標(biāo)志著我國的節(jié)能工作逐步走上了法制化的軌道。 </p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在實(shí)際使用中，約有65%的電動(dòng)機(jī)裝置經(jīng)常在輕載或空載狀況下工作，即存在所謂的“大馬拉小車”現(xiàn)象。尤其在我國石油企業(yè)中普遍使用的用來驅(qū)動(dòng)有桿采油泵的游梁式抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)，其所采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)絕大部分為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，工作時(shí)承受周期性變化的

15、負(fù)荷，平均負(fù)荷率一般為30%以下，有的甚至更低。負(fù)載的變化周期在5 ^-20秒內(nèi)不等?？紤]到啟動(dòng)負(fù)荷及復(fù)雜地質(zhì)情況等因素的影響，大部分游梁式抽油機(jī)選用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定功率是工作周期輸出功率的2～3倍左右。以延長油田本部為例:2005年有游梁式抽油機(jī)18000余臺，年耗電約3.4億kWh，具有很大的節(jié)能降耗潛力。類似這種異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載率低、效率不高、電能浪費(fèi)的現(xiàn)象在我國工業(yè)生產(chǎn)中很普遍，因此，對其進(jìn)行節(jié)能研究是十分必要的。</p&

16、gt;<p>　　隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)以及其他方面諸如電機(jī)制造工藝的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的節(jié)能調(diào)速運(yùn)行控制裝置越來越多，呈百花齊放趨勢。</p><p>　　目前在用的各種電動(dòng)機(jī)控制裝置大部分是通過時(shí)序控制來達(dá)到節(jié)能目的，也有使用變頻調(diào)速裝置的，但變頻調(diào)速成本太高，維護(hù)較為困難，不適應(yīng)油田實(shí)際。因此研制一種集各種節(jié)能控制裝置優(yōu)點(diǎn)，又從根本上解決抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制問題的裝置是油田電力管理中

17、的一個(gè)難點(diǎn)。</p><p>　　1.2 異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)應(yīng)用方面的節(jié)能技術(shù)，雖然根據(jù)電動(dòng)機(jī)的種類、用途或系統(tǒng)等有各種各樣的方法，但在作為現(xiàn)代企業(yè)動(dòng)力源所使用的范圍內(nèi)，有下列幾個(gè)方面:</p><p>　　(1)用高效系列電動(dòng)機(jī)取代一般的高耗能電動(dòng)機(jī)。但這種電動(dòng)機(jī)造價(jià)較高，而且經(jīng)濟(jì)效果極大地取決于負(fù)載的情況，即對于長期工作于接近額定

18、負(fù)載(}o%以上)連續(xù)運(yùn)行的應(yīng)用場合，其節(jié)能效果達(dá)到最佳。</p><p>　　(2)采用功率因數(shù)控制器(即異步電動(dòng)機(jī)節(jié)電器)和制動(dòng)器。</p><p>　　(3)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能。</p><p>　　1).高性能交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器。采用微機(jī)控制的大功率管逆變技術(shù)，利用交—直—交方式，用于交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，節(jié)能效果可高達(dá)55%以上。</p>&

19、lt;p>　　2).轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。</p><p>　　(4)對老式高耗能異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。</p><p>　　(5)發(fā)展永磁電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　(6)合理選擇異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　1).選用節(jié)能型的電動(dòng)機(jī)，如Y型，YX型等。</p><p>　　2).選擇合適的輸出功率。電動(dòng)機(jī)的

20、容量選擇一定要使其最低負(fù)載率在0.4以上，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在0.75～1時(shí)，其功率因數(shù)和效率最高，因而一定要防止“大馬拉小車”現(xiàn)象發(fā)生，減少無功消耗。</p><p>　　3).選擇合適類型的電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　4).選擇合適的配電電壓。</p><p>　　(7)加強(qiáng)運(yùn)行管理。</p><p>　　1).對于輕載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)可采取

21、降壓運(yùn)行。</p><p>　　2).對于大多數(shù)存在周期性空載運(yùn)行(約占全部工作時(shí)間的50%--60%)的電動(dòng)機(jī)，安裝空載自動(dòng)斷電裝置，減少空載損失(空載時(shí)無功功率為額定負(fù)載時(shí)無功功率的60%-70%)，提高功率因數(shù)。</p><p>　　3).對于不同容量的電動(dòng)機(jī)，根據(jù)損耗種類采用不同的降損措施。</p><p>　　4).小型鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)宜采用直接啟動(dòng)方式。

22、</p><p>　　1.3 國內(nèi)外抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展綜述</p><p>　　在機(jī)械采油井中應(yīng)用最廣泛的是游梁式抽油機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，制造容易等優(yōu)點(diǎn)，但是耗能高，效率低，沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便，所以實(shí)際運(yùn)行中大都處于不平衡狀態(tài)，上下沖程負(fù)荷相差較大.在工程設(shè)計(jì)中，為了使抽油機(jī)順利啟動(dòng)，按抽油機(jī)的最大負(fù)荷來選配驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并留有一定裕量，而抽油機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩一般只為最大轉(zhuǎn)矩的三

23、分之一，因而拖動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率也大約為30%，從而形成了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。</p><p>　　近年來，國內(nèi)各油田陸續(xù)采用了各種節(jié)能方法，取得了不少成果，其中比較成功的是高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)。但高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)從節(jié)能的角度看是不利的，不僅使轉(zhuǎn)差損耗增大，也使過渡過程損耗增加。</p><p>　　西安石油學(xué)院薄保中、米春亭、楊新海、江秀漢等基于以往的研究工作提出了抽油機(jī)由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為

24、同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)想，同步電動(dòng)機(jī)選用的是具有自啟動(dòng)能力的稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)。稀土永磁電動(dòng)機(jī)是采用永久磁體代替勵(lì)磁繞組來激磁的電動(dòng)機(jī)。其節(jié)能原理在于:同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速，與異步電動(dòng)機(jī)相比沒有轉(zhuǎn)差損耗;使用稀土永磁材料激磁，提高了功率因數(shù)，定子電流減小，銅損降低，提高了電動(dòng)機(jī)效率。</p><p>　　從現(xiàn)場試驗(yàn)和用戶反應(yīng)來看，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)還存在以下問題:</p><p>　　

25、1、電壓過低時(shí)啟動(dòng)困難。</p><p>　　2、在電壓高于440V時(shí)功率因數(shù)下降較快，消耗無功功率比異步電動(dòng)機(jī)多。</p><p>　　3、維修困難，不適應(yīng)油田野外復(fù)雜的工況條件。</p><p>　　黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院研制的單片機(jī)控制三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器主要是利用電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換。三相異步電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能器，由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低，是一種適合我國

26、國情的電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制器。但傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能器的控制電路采用分立元件或集成電路設(shè)計(jì)，控制轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換精度不高，轉(zhuǎn)換參數(shù)無法修改，這樣就造成電動(dòng)機(jī)在Y/△轉(zhuǎn)換點(diǎn)附近發(fā)生頻繁轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，即臨界震蕩。從而使接觸器的壽命大為縮短，并且造成電動(dòng)機(jī)功率明顯下降。單片機(jī)控制的三相異步電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能器可對電動(dòng)機(jī)的Y△和△Y轉(zhuǎn)換的臨界負(fù)載電流值分別進(jìn)行設(shè)定，并可加入一定的回差值，從而解決了接觸器頻繁轉(zhuǎn)換的問題，同時(shí)該節(jié)能器還具有△/Y降壓啟動(dòng)

27、和電動(dòng)機(jī)的斷相、過載等保護(hù)功能，對于變載工作的電動(dòng)機(jī)可取得較好的節(jié)能效果，并保護(hù)電動(dòng)機(jī)的安全。三相異步電動(dòng)機(jī)的損耗主要由鐵損和銅損兩部分構(gòu)成，鐵損正比于電動(dòng)機(jī)端電壓的平方，電動(dòng)機(jī)Y/△轉(zhuǎn)換節(jié)能的實(shí)質(zhì)是降低電動(dòng)機(jī)的端電壓。電機(jī)由△接法改為Y接法時(shí)，定子電壓下降為△接法時(shí)的，同時(shí)電動(dòng)機(jī)軸輸出功率下降為△接法時(shí)的，鐵損也降為△接法時(shí)的，此時(shí)如果電動(dòng)機(jī)定子電流減小或增加不多，則電動(dòng)機(jī)處于節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>&

28、lt;b>　　(1-1)</b></p><p><b>　　式中 一定子線電流</b></p><p><b>　　一電機(jī)額定電流</b></p><p><b>　　一空載勵(lì)磁電流</b></p><p><b>　　一臨界負(fù)載率</b&g

29、t;</p><p>　　由上式可知，只要測得電動(dòng)機(jī)定子電流就可以算出電動(dòng)機(jī)的臨界負(fù)載率，從而使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行于Y接或△接狀態(tài)而節(jié)約電能。</p><p>　　華中理工大學(xué)的史玉升和梁書云提出了一種三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能與安全監(jiān)控方法。利用計(jì)算機(jī)通過一定的算法控制雙向晶閘管的通斷比，使電動(dòng)機(jī)輸出功率與負(fù)載匹配，達(dá)到降耗、節(jié)能的目的。由于采用了單片機(jī)控制，所以系統(tǒng)具有良好的“柔性“和性能價(jià)格比

30、，基于這種技術(shù)的節(jié)能系統(tǒng)適合于經(jīng)常工作于空載或輕載的電動(dòng)機(jī)變負(fù)載工況下。</p><p>　　基于國內(nèi)抽油機(jī)控制系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀和實(shí)際情況，結(jié)合國外抽油機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，清華大學(xué)自動(dòng)化系和中國地質(zhì)大學(xué)工程學(xué)院聯(lián)合設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的晶閘管移相觸發(fā)控制的低成本抽油機(jī)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)主要由電量傳感器、晶閘管模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等組成。工作原理如下圖1-1所示。</p><

31、p>　　在空氣開關(guān)和晶閘管之間設(shè)計(jì)三相電的相序和缺相檢測電路，檢測抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電是否正常。抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和工作過程中一旦不正常，立即停止工作，并有數(shù)碼管和發(fā)光二極管顯示指示不正常的狀態(tài)。</p><p>　　通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210輸出0～10V電壓控制晶閘管模塊的移相觸發(fā)相位，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停機(jī)和調(diào)整電動(dòng)機(jī)的供電電壓，以便調(diào)整電動(dòng)機(jī)輸出功率，減少電動(dòng)機(jī)的鐵損和銅損，從而達(dá)到

32、節(jié)能降耗的目的。通過三相電壓、電流和有功功率傳感器把抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作參數(shù)轉(zhuǎn)換成0～5V的電壓信號，經(jīng)過12位A/D轉(zhuǎn)換器MAX197進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和顯示。根據(jù)所檢測到的抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)工作電流和有功功率的變化，實(shí)時(shí)判斷電動(dòng)機(jī)的載荷大小和工況。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作電流超過額定電流和最高工作溫度超過額定工作溫度時(shí)停止抽油機(jī)工作，從而保護(hù)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)工作電流小于空載電流，認(rèn)為抽油機(jī)空載，可停止抽油機(jī)工作，等待原

33、油聚集。根據(jù)所設(shè)定的停機(jī)時(shí)間，，抽油機(jī)停止工作一段時(shí)間后，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)抽油機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)停機(jī)節(jié)能?？筛鶕?jù)抽油機(jī)運(yùn)行的載荷工況，自動(dòng)通過D/A轉(zhuǎn)換器輸出0～10V電壓，實(shí)時(shí)控制晶閘管的移相觸發(fā)相位，控制其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的輸出功率，達(dá)到節(jié)能目的。</p><p>　　該抽油機(jī)控制系統(tǒng)綜合應(yīng)用了傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和晶閘管技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)控制的自動(dòng)化和智能化。和國外抽油機(jī)控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)

34、具有較高的性能價(jià)格比和較好的功能擴(kuò)充性，如在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)，可通過電力載波或其它數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)遠(yuǎn)距離控制。該控制系統(tǒng)1999年5月在大慶油田采油五廠進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)抽油機(jī)型號為CYJ-2.5-18HB。系統(tǒng)工作可靠，并具有明顯的節(jié)能效果，節(jié)能率為9.8%。</p><p>　　上海交通大學(xué)信息與控制工程系許善鎮(zhèn)教授于1999年12月在上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)上發(fā)表了一篇題名為《石油抽油泵節(jié)能的新構(gòu)思》的文章。

35、提出了一種可以隨機(jī)采集在自然界廣泛存在的零星風(fēng)力的裝置，用于石油抽油泵的節(jié)能。裝置的核心是雙饋發(fā)電機(jī)。從結(jié)構(gòu)上看，雙饋發(fā)電機(jī)與常見的感應(yīng)發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)無太大的差別，但它卻有一個(gè)引人注目的特點(diǎn)，即對軸上輸入轉(zhuǎn)速無任何特殊的要求。圍繞這一特點(diǎn)，不僅可以開發(fā)出零星風(fēng)能的采集利用裝置，而且對于其他任何具有明顯零顯、雜散特性的自然能量(如波浪、潮汐等)的采集也同樣適宜。雙饋發(fā)電機(jī)是隨著電力電子技術(shù)發(fā)展而崛起的一種電機(jī)新品種，即是常規(guī)電機(jī)的一種

36、應(yīng)用革新。雙饋發(fā)電機(jī)有兩個(gè)能量輸入通道:電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，輸入機(jī)械能量;轉(zhuǎn)子繞組，輸入電能。兩個(gè)能量輸入通道輸入的機(jī)械能和電能，經(jīng)氣隙磁場轉(zhuǎn)換疊加，從定子繞組輸出電能.如果以具有確定負(fù)載的獨(dú)立系統(tǒng)為例，在恒頻率、電壓控制支持下，當(dāng)轉(zhuǎn)軸輸入的機(jī)械功率小于(或大于)負(fù)載功率時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)從電網(wǎng)、經(jīng)變頻器和轉(zhuǎn)子繞組吸入(或回饋)電功率給予補(bǔ)足(或扣除).這一特征說明雙饋發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，對軸上輸入轉(zhuǎn)速無特殊要求.因此，以它為核心，可構(gòu)成“隨<

37、;/p><p>　　節(jié)能控制分為調(diào)壓節(jié)能和變頻節(jié)能兩種。在調(diào)壓節(jié)能控制中，不是根據(jù)功率因數(shù)的變化來控制電動(dòng)機(jī)的定子電壓，而是由定子電流的大小及電流的變化率的變化趨勢來控制定子電壓，這樣可以使控制回路的接線方式非常簡單。在變頻節(jié)能控制中，可以充分利用當(dāng)今豐富的單片機(jī)資源優(yōu)勢，提高控制器的可靠性，降低開發(fā)成本。眾所周知，在輕負(fù)載下，適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)定子電壓，定子電流將隨之減少，且電動(dòng)機(jī)的輸出功率仍可保持不變。在固定負(fù)載下，

38、定子電壓降低到一定程度后，定子電流不但不會(huì)降低，反而會(huì)逐步增大，這種情況一般是不允許的。因此，隨電動(dòng)機(jī)定子電壓的變化，逐步跟蹤其定子電流的變化軌跡，定子電流由緩慢降低到突然增大一瞬間所對應(yīng)定子電壓就是要尋找的最佳電壓值。實(shí)驗(yàn)表明，在接近滿載的情況下，電動(dòng)機(jī)的定子電壓仍可適當(dāng)降低。節(jié)能控制器的根本目的在于:在保證負(fù)載需求的情況下，盡可能地降低系統(tǒng)輸入功率。這樣，加裝了節(jié)能控制器的電動(dòng)機(jī)，不僅可以節(jié)約有功功率，也可以節(jié)約無功功率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

39、明，在一般負(fù)載下，應(yīng)用調(diào)壓節(jié)能控制器，可節(jié)電5%～10%，在空載運(yùn)行方式下，可節(jié)約有功功率70%左右。與同類其他節(jié)能裝置相比，具有技術(shù)簡單、效率高的特點(diǎn)，且調(diào)壓</p><p>　　電動(dòng)機(jī)調(diào)壓節(jié)能控制器由如圖1-2所示的幾個(gè)主要部分組成，其中推理主要由軟件完成，這樣可以最大限度地減少控制器的硬件成本。</p><p>　　在調(diào)壓節(jié)能控制器中主要采用兩種控制方式，即PWM方式與通斷方式，兩者

40、在不同的負(fù)載下各有特點(diǎn)，對慣性較大的負(fù)載，采用通斷控制方式可在保持輸出波形不失真的同時(shí)，模擬自然風(fēng)運(yùn)行，節(jié)電約60%。調(diào)頻節(jié)電控制器的觸發(fā)電路與調(diào)壓節(jié)能控制器的控制電路基本一樣，(如圖1-3所示)。但其主電路比后者要復(fù)雜一些。在控制方式上，以保持電動(dòng)機(jī)氣隙磁通恒定為目標(biāo)，即在正常調(diào)節(jié)過程中，始終保持u/f基本不變，在調(diào)頻的同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子電壓。在電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，它采用PWM控制策略，應(yīng)用推理可以用最簡潔的方式處理定子電壓補(bǔ)償問題

41、。</p><p>　　綜合節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)、開發(fā)過程，并與傳統(tǒng)的節(jié)能控制方法相比較，不難發(fā)現(xiàn)模糊節(jié)能控制器具有以下顯著特點(diǎn):</p><p>　　1.節(jié)能控制器的第一個(gè)顯著特點(diǎn)是它的簡潔性，它甚至可以不考慮電動(dòng)機(jī)的詳盡運(yùn)行過程，基于幾條簡單的實(shí)驗(yàn)曲線即可開始模糊節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)過程。</p><p>　　2.節(jié)能控制器具有較強(qiáng)的魯棒性，對不同的電動(dòng)機(jī)可以采用同樣的

42、推理軟件，它可自動(dòng)跟蹤負(fù)載變化，取得較好的節(jié)能效果。</p><p>　　3.節(jié)能控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律內(nèi)涵豐富，包容面大而廣，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。</p><p>　　4。節(jié)能控制器的輸入變量可多可少。在電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制器設(shè)計(jì)過程中，雖然選擇了較少的控制變量，但取得了較好的控制效果，同時(shí)也節(jié)約了用于測量的傳感器。</p><p>　　5.節(jié)能控制器的硬件結(jié)構(gòu)比較簡單，主

43、要推理工作及PWM生成策略均由軟件實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　6.節(jié)能控制器在控制過程中極易處理電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電壓補(bǔ)償問題。</p><p>　　1.4 本文所做的主要工作</p><p>　　抽油機(jī)是我國石油行業(yè)的傳統(tǒng)設(shè)備，也是采油過程中的主要耗電設(shè)備，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國各油田現(xiàn)正在服役的抽油機(jī)共有十四萬多臺，其用電量約占油田總用電量的80%左右。由于抽油機(jī)

44、負(fù)載呈周期性變化，現(xiàn)運(yùn)行的抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)幾乎全為大馬拉小車，負(fù)載率和效率都很低，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明最高效率不超過30%。由于交流電機(jī)為感性負(fù)載，配置大，負(fù)荷小，負(fù)載滯后角較大，造成其功率因數(shù)十分低。在油田實(shí)際測試，電機(jī)的功率因數(shù)最高不超過0.54，最低在0.25左右，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。因而開展抽油機(jī)的節(jié)能研究，提高其效率和功率因數(shù)、對提高石油產(chǎn)量、降低石油開采成本，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。綜觀國內(nèi)現(xiàn)用的抽油機(jī)電驅(qū)動(dòng)裝置，可將其分為三種:一是直接起

45、動(dòng)、運(yùn)行時(shí)帶過載和缺相保護(hù)，這種方法可防止在缺相和過載時(shí)燒壞電機(jī)，但沒有軟啟動(dòng)功能，電機(jī)的起動(dòng)電流大，運(yùn)行時(shí)加到電機(jī)上的電壓為固定值，功率因數(shù)仍得不到提高。二是應(yīng)用變頻調(diào)速裝置，該方案隨負(fù)載大小的不同，通過變頻而調(diào)節(jié)抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，具有較好的節(jié)能效果，但由于變頻器成本高，維護(hù)工作量大，且調(diào)速影響采油效率等因素而沒有得到廣泛的應(yīng)用。三是啟動(dòng)時(shí)具有軟啟動(dòng)、運(yùn)行時(shí)帶過載、缺相等保護(hù)功能，</p><p>　　且能

46、按負(fù)載大小調(diào)壓，雖可實(shí)現(xiàn)一定的節(jié)能效果，但并未關(guān)心是否能保證電機(jī)的損耗最小。這三種方案的性能價(jià)格比和節(jié)能效果都不是最理想的。</p><p>　　1.4.1基本思路：“銅耗=鐵耗”</p><p>　　在油田的長期工作和實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)除新油田的開采初期，新井產(chǎn)能較高，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)可滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)外，絕大部分抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)均處于輕載狀態(tài)，甚而有很大一部分油井在大部分時(shí)間里處于空抽狀態(tài)，因而電動(dòng)機(jī)功率

47、因數(shù)低，效率低，電能的浪費(fèi)十分嚴(yán)重。</p><p>　　因此，在各油田進(jìn)行了廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)抽油機(jī)負(fù)載的特點(diǎn)和三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，吸收國外先進(jìn)技術(shù)，研制了一種新型抽油機(jī)電機(jī)高效節(jié)能控制裝置，與以往的調(diào)壓與軟啟動(dòng)抽油機(jī)控制裝置相比，吸收了前述三種方案的優(yōu)點(diǎn)，按抽油機(jī)負(fù)載的周期性變化，通過單片機(jī)應(yīng)用C語言編程計(jì)算電機(jī)的銅損耗和鐵損耗，根據(jù)電機(jī)在銅損耗等于鐵損耗時(shí)總損耗最小的原理、借助于模糊控制理論，通過

48、主電路中晶閘管的移相控制，調(diào)節(jié)加到抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子側(cè)的輸入電壓，保證運(yùn)行中電機(jī)的銅損耗與鐵損耗相等，降低抽油機(jī)的總損耗，提高其工作效率和功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)中，除軸和殼體外，幾乎所有的質(zhì)量都是鐵和銅，這些銅和鐵在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電磁能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的運(yùn)行過程中，也將部分電能轉(zhuǎn)化成熱能，從而導(dǎo)致了電動(dòng)機(jī)的功率損失。通常把由鐵介質(zhì)發(fā)熱導(dǎo)致的功率損耗稱為‘鐵損耗’，銅介質(zhì)導(dǎo)致的損耗稱

49、為‘銅損耗’，圖1-4給出了電動(dòng)機(jī)銅損耗、鐵損耗同輸入電壓及負(fù)載率變化的特性曲線。</p><p>　　由圖1-4 (a)電動(dòng)機(jī)銅損耗與鐵損耗和總的損耗同輸入電壓變化的曲線可知:當(dāng)銅損耗和鐵損耗相等時(shí)，電動(dòng)機(jī)的總損耗最小。又由圖1-4 (b)電動(dòng)機(jī)的銅損耗和鐵損耗與輸入電壓的變化曲線可知:電動(dòng)機(jī)的鐵損耗不隨負(fù)載率變化而變化;但銅損耗隨輸入電壓和負(fù)載率的變化而變化。在輸入電壓不變時(shí)若負(fù)載變化，‘銅損耗=鐵損耗’的平

50、衡就會(huì)被破壞。由于抽油機(jī)負(fù)載的周期性變化特性，要使抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)損耗最小，效率最高，應(yīng)實(shí)時(shí)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的銅損耗和鐵損耗，通過比較調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，這便是本課題開發(fā)研制的新型抽油機(jī)用高效晶閘管節(jié)能裝置設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。</p><p>　　1.4.2 節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)</p><p>　　抽油機(jī)節(jié)能裝置的按功能可以劃分為六個(gè)部分:第一部分為功率控制電路部分;第二部分為節(jié)能裝置控制部分;第三

51、部分為U與I的相位檢測部分;第四部分為IO接口裝置通訊部分;第五部分為節(jié)能裝置內(nèi)部故障保護(hù)部分;第六部分為電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)部分。</p><p>　　1.4.3控制回路設(shè)計(jì)</p><p>　　控制電路是整個(gè)抽油機(jī)用高效晶閘管節(jié)能裝置的核心，所有信號的輸入、輸出、檢測、計(jì)算、推理和控制都要經(jīng)過控制電路得以實(shí)現(xiàn)和完成。控制電路的系統(tǒng)構(gòu)成包括主控CPU，節(jié)能裝置電壓、電流的采樣輸入部分，U電壓與

52、1的相位角檢測部分，A/D和D/A轉(zhuǎn)換部分_，缺相保護(hù)部分，鍵盤部分，繼電器輸出部分，看門狗電路和電源部分。</p><p>　　1.4.4控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　控制系統(tǒng)軟件以控制理論為基礎(chǔ)，采用C51語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，選用Keil uVision2為開發(fā)環(huán)境塊構(gòu)成:初始化參數(shù)采用模塊化編程，設(shè)計(jì)軟件整體流程。軟件主程序由以下幾個(gè)模軟起動(dòng)，A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)算銅耗、鐵耗及其差

53、值，控制子程序，D/A轉(zhuǎn)換和輸出控制電壓子程序。</p><p>　　第2章 抽油機(jī)的負(fù)載特性</p><p>　　油田在開采初期，地層能量較高，有部分油井可以自噴。隨著開采時(shí)間的延長，油層自然能量逐漸衰竭，必須采用機(jī)械采油方式。機(jī)械采油就是在地面通過機(jī)械設(shè)備把原油從油井中采出地面;機(jī)械采油可分為有桿泵采油、無桿泵采油和氣舉采油。而使用最為廣泛的就是游梁式抽油機(jī)，其原理是通過抽油機(jī)、抽油桿

54、帶動(dòng)抽油泵作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將原油從數(shù)百至數(shù)千米的地下抽汲到地面上來。</p><p>　　抽油機(jī)工作時(shí)，其驢頭懸點(diǎn)承受的載荷主要有:</p><p>　　1、抽油桿自重，油管內(nèi)、柱塞上的油柱重，油管內(nèi)外油柱對柱塞下端的壓力構(gòu)成的靜載荷;</p><p>　　2、抽油桿柱和油柱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性載荷;</p><p>　　3、抽油桿柱和油柱運(yùn)動(dòng)所

55、產(chǎn)生的振動(dòng)載荷;</p><p>　　4、柱塞和泵筒間、抽油桿及其接箍和油管間的半干摩擦力，抽油桿和油柱間、油柱和油管間以及油柱通過抽油泵游動(dòng)閥的液體摩擦力。</p><p>　　其中，慣性載荷、振動(dòng)載荷、摩擦力和原油的物性(如粘度)、抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性 (沖程和沖次)、油井井身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是一個(gè)變量，一般稱動(dòng)載荷。</p><p>　　抽油機(jī)在上沖程時(shí)，驢頭懸點(diǎn)需

56、提起抽油桿柱和油柱，電動(dòng)機(jī)對外作正功;下沖程時(shí)，抽油桿依靠自重就可下行，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，因此，電動(dòng)機(jī)在上、下沖程的載荷是很不均勻的。而懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度和速度的變化又加劇了這種不均勻性，載荷的不均勻性嚴(yán)重地影響了四連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和電動(dòng)機(jī)的壽命，也惡化了抽油桿的工作條件。為了解決這一問題，通常的辦法是給抽油機(jī)增加平衡重。如在抽油機(jī)的曲柄、游梁后端或同時(shí)在曲柄和游后端增加平衡塊，以其達(dá)到抽油機(jī)一抽油泵裝置的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)。</p&g

57、t;<p>　　但是由于影響抽油機(jī)動(dòng)載荷的因素較多，造成抽油機(jī)很難用自身平衡的辦法做到運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。在油田現(xiàn)場，用電流法診斷抽油機(jī)是否平衡時(shí)，一般地認(rèn)為當(dāng)平衡率≥0.7時(shí)，即認(rèn)為抽油機(jī)達(dá)到了平衡。這表明，拖動(dòng)抽油機(jī)的電機(jī)仍有部分時(shí)間工作在負(fù)功狀態(tài)。圖2-1是抽油機(jī)減速器凈扭矩曲線，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線。</p><p><b>　　從曲線上可以看出:</b></p><

58、;p>　　1、抽油機(jī)的轉(zhuǎn)矩是隨著曲柄轉(zhuǎn)角變化而周期性變化的;抽油機(jī)的工作頻率一般為6～12次/分，即工作周期為5～10秒。</p><p>　　2、當(dāng)出現(xiàn)負(fù)扭矩時(shí)，減速器主動(dòng)輪將變?yōu)楸粍?dòng)輪。如負(fù)扭矩較大，將發(fā)生從動(dòng)輪沖擊主動(dòng)輪，影響減速器齒輪的壽命。</p><p>　　3、抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，抽油桿一般處于最低位置，所需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只需克服靜磨擦力及原油的表面張力的影響，因此，所需轉(zhuǎn)矩相對較

59、小。抽油機(jī)啟動(dòng)后，抽油桿開始上升，很快(約2.5S)就碰到了第一個(gè)最大阻力轉(zhuǎn)矩。因此，它一方面要求電動(dòng)機(jī)具有較大的靜啟轉(zhuǎn)矩，克服靜磨擦力;另一方面，要求電機(jī)具有較大的平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便使電機(jī)在第一個(gè)最大阻力轉(zhuǎn)矩到來之前，超過電機(jī)臨界(最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速)，使電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。</p><p>　　抽油機(jī)的負(fù)載特點(diǎn)決定了三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)不可避免地會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。</p><p&

60、gt;　　1、抽油機(jī)帶載啟動(dòng)，慣性矩較大。在選配電動(dòng)機(jī)功率時(shí)為了不影響生產(chǎn)，一般按最大扭矩來選配電動(dòng)機(jī);抽油機(jī)啟動(dòng)后，正常工作時(shí)的平均轉(zhuǎn)矩與最大扭矩相比要低1/3,所以電動(dòng)機(jī)輸入功率僅為額定功率的1/3，不可避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的局面。</p><p>　　2、油田生產(chǎn)中有可能出現(xiàn)各種故障，如油井結(jié)蠟、砂卡、扶正器損壞等，因此，在在選配電動(dòng)機(jī)功率時(shí)也要增加一些裕量，這進(jìn)一步加劇了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。</

61、p><p>　　根據(jù)油田生產(chǎn)測試，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的平均負(fù)荷率一般在20%左右，少數(shù)負(fù)荷率高的也僅為30%，電動(dòng)機(jī)的長期低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成了效率低，功率因數(shù)低，能耗高的狀況。</p><p>　　抽油機(jī)負(fù)荷的周期性變化，反應(yīng)在電動(dòng)機(jī)上主要是電流功率因數(shù)的變化，因此上可以將電流或功率因數(shù)作為依據(jù)來對抽油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制。</p><p>　　第3章 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性分析&l

62、t;/p><p>　　3.1 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)</p><p>　　3.1.1等效電路及矢量圖</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的單相等效電路如圖3-1所示:</p><p>　　圖中: 、、為定子繞組電阻、漏抗和電流</p><p>　　、、為轉(zhuǎn)子繞組電阻、漏抗和電流</p><

63、p>　　、、為勵(lì)磁電阻、電抗和勵(lì)磁電流</p><p><b>　　為附加電阻</b></p><p>　　其矢量圖如圖3-2所示。由此可以得到三相</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程式為:</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>

64、;<b>　　令:</b></p><p><b>　　(校正系數(shù))</b></p><p><b>　　則有</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　(3-3)</b></p>

65、<p>　　3.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系及損耗分析</p><p>　　圖3-3為異步電動(dòng)機(jī)的功率流程圖。其中</p><p>　　為從電源輸入的有功功率</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　為定子銅耗 </p><p><b&

66、gt;　　( 3-5 )</b></p><p>　　正常運(yùn)行情況下的三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)于鐵損耗很小，可以忽略不計(jì)，因此，電動(dòng)機(jī)的鐵損耗等于定子鐵損耗</p><p><b>　　( 3-6)</b></p><p>　　從圖3-1等效電路中可以看出，通過空氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子方面的電磁功率PM等于轉(zhuǎn)子回路全部電阻上的損耗，即:</

67、p><p><b>　　( 3-7 )</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)子銅耗為</b></p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　電磁功率減去轉(zhuǎn)子繞組中的銅耗就是等效繞組上的損耗。</p><p>　　這部分等效損耗實(shí)際上是

68、傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械功率即:</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸承以及風(fēng)阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分功率，把這部分功率叫做機(jī)械損耗，用表示。</p><p>　　在異步電動(dòng)機(jī)中，除了上述各種損耗外，由于定、轉(zhuǎn)子開槽和定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢中含有諧波磁動(dòng)勢，還要產(chǎn)生一些附加損耗。附加損耗一般

69、不易計(jì)算，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算。在大型異步電動(dòng)機(jī)中，附加損耗凡。一般約為額定輸出功率的0.5%；而在小型異步電動(dòng)機(jī)中，滿載時(shí)，可達(dá)額定輸出功率的1%～3%。在任意負(fù)載時(shí)，按定子電流與額定電流比值的平方成正比折算。</p><p>　　機(jī)械功率減去機(jī)械損耗和附加損耗，才是真正的輸出功率。</p><p>　　綜上所述，可得功率關(guān)系式如下:</p><p>　　輸入功率=定

70、子銅耗+定子鐵耗+傳給轉(zhuǎn)子的功率，即:</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　傳給轉(zhuǎn)子的功率(電磁功率)=轉(zhuǎn)子銅耗+機(jī)械功率，即:</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　機(jī)械功率=機(jī)械損耗+附加損耗+輸出功率，即:</p>

71、<p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　由以上分析可見，異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，由于其轉(zhuǎn)速和主磁通近似不變，導(dǎo)致機(jī)械損耗和定子鐵耗也近似不變，故稱機(jī)械損耗和定子鐵耗為不變損耗;定、轉(zhuǎn)子銅耗則隨電流的平方關(guān)系而變化;附加損耗在任意負(fù)載時(shí)也按定子電流與額定電流比值的平方成正比折算。這樣，異步電動(dòng)機(jī)的定子電流和負(fù)載電流的變化，可引起定、轉(zhuǎn)子銅耗和附加損耗的變化。通

72、過調(diào)壓，可以達(dá)到減小定、轉(zhuǎn)子銅耗和附加損耗的目的。</p><p>　　3.1.3 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式</p><p><b>　　由上節(jié)可知:</b></p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)體的機(jī)械功率等于作用在旋轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)矩與它的機(jī)械角速度的乘積。在異步電

73、動(dòng)機(jī)中，機(jī)械功率就是電磁轉(zhuǎn)矩乘以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度，所以</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p><b>　　又因?yàn)?</b></p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　所以:</b></p

74、><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　式中，為轉(zhuǎn)矩因數(shù)，是氣隙每極磁通量，是轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)，是轉(zhuǎn)子繞組每相的匝數(shù)，是轉(zhuǎn)子繞組的基波繞組因數(shù)。</p><p>　　由轉(zhuǎn)子電流和定子電壓的關(guān)系，可以推得另一關(guān)系式如下:</p><p><b>　?。?-17）</b></p&

75、gt;<p>　　上式說明電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，電壓的變化將引起電磁轉(zhuǎn)矩的變化。</p><p>　　對式(3-10)，應(yīng)用函數(shù)取極值的必要條件，當(dāng)時(shí)，最大電磁轉(zhuǎn)矩為:</p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　一般異步電動(dòng)機(jī)的值在0.12～0.20之間，進(jìn)一步推導(dǎo)可以知道任意轉(zhuǎn)差率時(shí)的轉(zhuǎn)矩和

76、最大轉(zhuǎn)矩之比為:</p><p><b>　　(3-19)</b></p><p>　　最大電磁轉(zhuǎn)矩對電動(dòng)機(jī)來說具有重要意義。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若負(fù)載短時(shí)突然增大，隨后又恢復(fù)正常，則只要總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大于最大電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，但若大于最大電磁轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)下來。由此可見，最大電磁轉(zhuǎn)矩愈大，電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過載能力愈強(qiáng)，因此把電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定<

77、;/p><p>　　電磁轉(zhuǎn)矩之比稱為電動(dòng)機(jī)的過載能力，用過載系數(shù)表示，即</p><p><b>　　(3-22)</b></p><p>　　如圖3-4所示的異步電動(dòng)機(jī)曲線中，為負(fù)載阻力矩。從圖中可以看到，電動(dòng)機(jī)可以工作在1或2的狀態(tài)，從平衡的角度容易知道，1為穩(wěn)定平衡點(diǎn)，2為非穩(wěn)定平衡點(diǎn)。即當(dāng)負(fù)載阻力矩為轉(zhuǎn)差率為時(shí)為穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載阻力矩為

78、轉(zhuǎn)差率為時(shí)為非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，為穩(wěn)定運(yùn)行和不穩(wěn)定運(yùn)行兩種狀態(tài)的臨界點(diǎn)。因此，超過點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，故最大轉(zhuǎn)矩也稱為停運(yùn)轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　從以上有關(guān)公式可以得出下面的近似結(jié)論：滿載時(shí)，當(dāng)外加電壓降低X倍時(shí)，為保證輸出轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)差率必須隨之增加X的平方倍。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將下降。而同時(shí)，轉(zhuǎn)子電流也必須增加X倍以保證輸出轉(zhuǎn)矩的不變。另一方面，外加電壓不能下降太多，因?yàn)?，電壓的變化將引起最大轉(zhuǎn)矩

79、的變化，當(dāng)最大轉(zhuǎn)矩下降為低于負(fù)載額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，電動(dòng)機(jī)調(diào)壓控制的約束條件為最低電壓時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大電動(dòng)轉(zhuǎn)矩不低于負(fù)載額定轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　空載時(shí)，負(fù)載阻力矩幾乎為零，同時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的電流非常小，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)，調(diào)壓控制的約束條件將為轉(zhuǎn)差率的增加不能使電動(dòng)機(jī)停運(yùn)。從圖3-4的曲線可以看到，當(dāng)負(fù)載阻力矩接近零時(shí)，其轉(zhuǎn)差率接近于零，而此時(shí)的轉(zhuǎn)差率與最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率則相距較

80、遠(yuǎn)，調(diào)壓范圍較大。</p><p>　　3.2 運(yùn)行條件變化對電動(dòng)機(jī)性能的影響</p><p>　　電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件的變化，主要是指電源(電壓、頻率)和負(fù)載(負(fù)載的大小)的變化。電動(dòng)機(jī)在額定工況附近運(yùn)行時(shí)具有最好的經(jīng)濟(jì)性，但在實(shí)際運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)不可能始終保持額定條件運(yùn)行，因?yàn)樨?fù)載總是不斷變化的，運(yùn)行條件也會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，從而影響到電動(dòng)機(jī)的效率。當(dāng)電壓、頻率在額定值時(shí)，隨著負(fù)載的減小，電動(dòng)機(jī)的

81、輸入功率、電磁轉(zhuǎn)矩也會(huì)隨之降低，而且對于任何類型的負(fù)載，電動(dòng)機(jī)都能保持穩(wěn)定運(yùn)行。但是電動(dòng)機(jī)的效率不會(huì)因此而保持不變，相反，會(huì)隨著負(fù)載的減小而降低，而且在負(fù)載減小到一定程度后，效率會(huì)有大幅度的下降。這就是說，電動(dòng)機(jī)輸入功率的絕對值看起來雖然降低了，但是相對損耗卻提高了，使電動(dòng)機(jī)處于一種不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，造成了電能損失，這當(dāng)然是不希望的。這就需要采取一些措施，希望在負(fù)載變化的同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率和各種損耗都能隨負(fù)載的減小而盡可能地成比例降

82、低，同時(shí)，保持電動(dòng)機(jī)繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。也就是說，這個(gè)措施應(yīng)使電動(dòng)機(jī)在負(fù)載變化的整個(gè)過程中，能滿足兩個(gè)條件:一是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性始終能滿足工作機(jī)械的負(fù)載特性要求，使系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，二是電動(dòng)機(jī)的效率在整個(gè)負(fù)載變化過程中始終處于最佳狀態(tài)，保持電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)中，主要是采用隨負(fù)載變化的同時(shí)改變電動(dòng)機(jī)的定子端電壓、定子頻率或定、轉(zhuǎn)子間的轉(zhuǎn)差等方法來達(dá)到既降低能耗又滿足上述條件的目的

83、。但是這樣一來，也就完全改變了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件，使得電動(dòng)機(jī)長期偏離額定值運(yùn)行。而偏離額定值，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性的基本參數(shù):電勢、磁通、磁化電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差、轉(zhuǎn)速、定、轉(zhuǎn)子的電流及相位等一系列的變化，而且這些變化對不同性質(zhì)的負(fù)載具有不同的影響。下面將對這些影響進(jìn)行一些具體的分析，以便根據(jù)不同的條件采取合理的節(jié)能措施。</p><p>　　本節(jié)將著重分析運(yùn)行條件的變化對電動(dòng)機(jī)性能的影響，說明如何改變運(yùn)行條件，使得電

84、動(dòng)機(jī)節(jié)能和允許改變條件的程度;以及根據(jù)上述相應(yīng)的改變確定電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、損耗、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和轉(zhuǎn)矩等的情況，以便衡量所采用的改變運(yùn)行條件的節(jié)能措施是否經(jīng)濟(jì)合理、對不同性質(zhì)的負(fù)載的效果及應(yīng)用范圍。</p><p>　　3.2.1 負(fù)載變化對損耗、效率、功率因數(shù)和轉(zhuǎn)矩的影響</p><p>　　在額定電壓和額定頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變化會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率、定子電流、轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)矩相

85、應(yīng)的變化，這一變化必然又會(huì)引起電動(dòng)機(jī)損耗、效率和功率因數(shù)的變化，而勵(lì)磁電流實(shí)際上可認(rèn)為與負(fù)載無關(guān)。</p><p>　　1、負(fù)載率m的確.定及負(fù)載率的變化對電動(dòng)機(jī)損耗的影響</p><p>　　電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的總損耗為:</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　其中： 電動(dòng)機(jī)的固定

86、損耗</p><p>　　額定工況下定子和轉(zhuǎn)子的銅耗</p><p>　　、 額定工況下電動(dòng)機(jī)的可變損耗</p><p><b>　　空載時(shí)定子銅耗</b></p><p>　　定子銅耗中的可變部分</p><p><b>　　（3-21）</b></p>

87、;<p><b>　　式中，即為負(fù)載率。</b></p><p><b>　　同樣：</b></p><p><b>　　(3-22)</b></p><p>　　所以可變損耗可以寫為:</p><p><b>　　(3-23)</b><

88、;/p><p>　　即可變損耗與負(fù)載率的平方成正比。</p><p>　　2、負(fù)載率對效率的影響及計(jì)算</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的效率一般是隨額定容量的增大而提高，相同容量電動(dòng)機(jī)的效率則隨額定轉(zhuǎn)速的降低而降低。當(dāng)容量和轉(zhuǎn)速不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率將隨負(fù)載率的變化而變化?？梢詮娜我庳?fù)載率下電動(dòng)機(jī)的總損耗公式中直接推算出效率和負(fù)載率的關(guān)系式：</p><p

89、><b>　　(3-24)</b></p><p>　　3、負(fù)載率對功率因數(shù)的影響</p><p>　　功率因數(shù)是電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)性能指標(biāo)。從異步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖可知:對于電源來說，異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一個(gè)電阻和電感互相串并聯(lián)的電路，功率因數(shù)總是小于1的。為了建立磁場，電動(dòng)機(jī)需要從電源吸取很大的無功電流，在正常條件下，勵(lì)磁電流是不隨負(fù)載變化的，而轉(zhuǎn)子電流卻隨負(fù)載的增

90、減而增減。當(dāng)負(fù)載變小時(shí)，轉(zhuǎn)子電流就會(huì)相應(yīng)減小，于是定子電流與電源電壓間的相角就變大，功率因數(shù)就降低。在空載時(shí)，定子電流，相角最大，功率因數(shù)最低。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，定子電流中的有功分量增大，從而使功率因數(shù)很快上升，當(dāng)接近額定負(fù)載時(shí)，最大。如果繼續(xù)增加負(fù)載，由于此導(dǎo)致功率因數(shù)又下降。所以電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)的高低還與空載電流和額定電流之比有關(guān)。知道了電動(dòng)機(jī)的總損耗和效率后，就可以確定任意負(fù)載下的功率因數(shù)和無功功率的變化情況，其關(guān)系式為</p&

91、gt;<p><b>　　(3-25)</b></p><p>　　其中，為定子電流，為額定線電壓。</p><p>　　4、負(fù)載率與電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率的關(guān)系</p><p>　　電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)的電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其工作過程是：在正常方式下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩首先

92、必須大于負(fù)載的機(jī)械阻轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才能順利起動(dòng)。由于大于，有了一定的剩余轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就能不斷加速至額定轉(zhuǎn)速，為了避免起動(dòng)時(shí)間過長，導(dǎo)致起動(dòng)電流過大使繞組發(fā)熱，要求電動(dòng)機(jī)有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以縮短起動(dòng)時(shí)間，減少發(fā)熱。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的機(jī)械阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。如果此時(shí)負(fù)載增大，即，電動(dòng)機(jī)的平衡被破壞，使得轉(zhuǎn)差率S增大，就會(huì)引起轉(zhuǎn)子電流增大，接著電磁轉(zhuǎn)矩也跟著增大，直至與負(fù)載轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡。如

93、果負(fù)載轉(zhuǎn)矩再繼續(xù)增大，且超過電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就會(huì)因不能承載而不斷減速，直至停轉(zhuǎn)，或者由于轉(zhuǎn)子電流增大到超過允許值，使轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱而燒壞。如果負(fù)載在小于額定值的范圍內(nèi)變化，且轉(zhuǎn)速為額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)總能保持穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)推導(dǎo)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載率的關(guān)系可寫為：</p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　式中，為電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與額定

94、轉(zhuǎn)矩之比。</p><p>　　為任意負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之比，稱為任意負(fù)載時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，當(dāng)負(fù)載為額定值時(shí)；</p><p>　　為任意負(fù)載時(shí)阻轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩率。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速變化很小時(shí)，轉(zhuǎn)矩率在數(shù)值上等于負(fù)載率?？梢姡妱?dòng)機(jī)在負(fù)載變化時(shí)的實(shí)際承載能力與負(fù)載率成反比，負(fù)載越小，承載能力越大，系統(tǒng)越能穩(wěn)定運(yùn)行；負(fù)載變大，承載能力就降低，如果，承

95、載能力就小于額定承載能力，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性將降低。</p><p>　　同理，可求得在額定轉(zhuǎn)差率附近轉(zhuǎn)差率與負(fù)載率得關(guān)系為:</p><p><b>　　(3-27)</b></p><p>　　即轉(zhuǎn)差率與負(fù)載率成正比，當(dāng)負(fù)載小于額定值變化時(shí)，轉(zhuǎn)差率在0～之間變化</p><p>　　3.2.2電壓變化對電動(dòng)機(jī)性能的形

96、響</p><p>　　當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，是否允許電壓同時(shí)降低，允許降低電壓的范圍以及降低電壓運(yùn)行對電動(dòng)機(jī)的影響。</p><p>　　1、電壓變化對電磁轉(zhuǎn)矩的影響</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓、頻率、極對數(shù)，及轉(zhuǎn)差有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和頻率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比。當(dāng)電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)矩將以平方倍下降。由上述分析可知，正常情況下電動(dòng)機(jī)的

97、電磁轉(zhuǎn)矩是隨時(shí)隨地與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的，只要負(fù)載不超過額定值，電動(dòng)機(jī)總能保持穩(wěn)定運(yùn)行。但如果在負(fù)載變化的同時(shí)，也改變電源電壓，電動(dòng)機(jī)是否能繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行呢?下面將對兩類不同性質(zhì)的負(fù)載進(jìn)行分析：</p><p><b>　?。ǎ保┖戕D(zhuǎn)矩負(fù)載</b></p><p>　　如切削車床、傳送運(yùn)輸機(jī)械和本文緒論中提到過的游梁式抽油機(jī)中的起重電動(dòng)機(jī)等，其阻轉(zhuǎn)矩為常數(shù)。這類負(fù)載一般

98、有重載運(yùn)行方式和輕載運(yùn)行方式，對于這類負(fù)載中的運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，當(dāng)其輕載運(yùn)行時(shí)，即使供電電壓變化較大，轉(zhuǎn)速變化仍然是很小的，電動(dòng)機(jī)總能保持穩(wěn)定運(yùn)行。而在重載時(shí)，如果電壓降低，轉(zhuǎn)速就會(huì)很快下降，使電動(dòng)機(jī)失去穩(wěn)定，直至停轉(zhuǎn)，降低電壓節(jié)能的措施是否可行，能否使電動(dòng)機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行是有一定條件的.為了清晰而簡潔地顯示出負(fù)載、電壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系，列出以下關(guān)系式：</p><p><b>　?。?-28

99、）</b></p><p>　　由上式可知，電動(dòng)機(jī)可承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不僅與電壓的平方成正比，與負(fù)載率成反比，而且還與電動(dòng)機(jī)本身的承載能力有關(guān)。由3.1.3節(jié)可知，任意負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是使，即。因此當(dāng)負(fù)載率一定時(shí)，如越大，電壓允許調(diào)節(jié)的范圍也就越大，式中，為調(diào)壓系數(shù)。</p><p>　　由上式還可知，轉(zhuǎn)子電流與調(diào)壓系數(shù)成反比，與負(fù)載率成正比:轉(zhuǎn)差率則與電壓的平方

100、成反比，與負(fù)載率成正比變化。利用式(3-28)可以方便地分析出不同性質(zhì)的負(fù)載在不同運(yùn)行方式下受電壓變化的影響。</p><p>　　利用式(3-28)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)注意到:轉(zhuǎn)差率與調(diào)壓系數(shù)的平方成反比變化，但轉(zhuǎn)速的平方成正比，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩只受運(yùn)行方式(重載和輕載)、負(fù)載性質(zhì)(恒轉(zhuǎn)矩或變轉(zhuǎn)矩)的影響，兩者不能混淆。另外，對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)差率只允許在0～的范圍內(nèi)變動(dòng)才穩(wěn)定，在此范圍內(nèi)改變電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化是很小的，一般

101、電壓降低10%，轉(zhuǎn)速只降低1%左右。</p><p>　　綜上所述，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在重載方式下運(yùn)行時(shí)，不允許電壓有較大變化，通常規(guī)定電壓的變化范圍為，而其在輕載方式下運(yùn)行時(shí)，允許電壓有較大的變化，變化范圍視負(fù)載的情況而定。</p><p><b>　?。?）變轉(zhuǎn)矩負(fù)載</b></p><p>　　當(dāng)電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)差S升高，轉(zhuǎn)速將隨之有一定程度的降低

102、，同時(shí)阻轉(zhuǎn)矩也跟著降低，這就使允許調(diào)壓的范圍變大.不僅在0～的線性工作段可以穩(wěn)定工作，而且在T-S曲線的下降段也能穩(wěn)定工作。所以對于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，不僅調(diào)壓范圍大，而且由于阻轉(zhuǎn)矩的下降，使得轉(zhuǎn)子電流也跟著下降，這就不會(huì)出現(xiàn)象恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載那樣轉(zhuǎn)子過熱的問題，也不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，顯然在這種場合采取調(diào)壓方法是可行的，節(jié)能效果也比恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載好得多。</p><p>　　2、隨負(fù)載變化允許調(diào)壓的范圍</p>&

103、lt;p>　　由上分析可見，隨負(fù)載變化調(diào)壓只適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的輕載狀況。同時(shí)，調(diào)節(jié)電壓應(yīng)遵循兩個(gè)約束條件:</p><p>　?。?）在一定負(fù)載下降低電壓運(yùn)行時(shí)，必須使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)保持最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù);</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過額定值。</p><p>　　順便指出，對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的輕載狀況，調(diào)壓僅僅在于提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，節(jié)約電動(dòng)機(jī)本

104、身的有功功率和無功功率損失，而對于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，除了可以節(jié)約這部分損失外，還可以減少輸出功率，節(jié)能效果更為顯著，應(yīng)用也更有意義。</p><p>　　3、電壓變化對電動(dòng)機(jī)功率、效率和功率因數(shù)的影響</p><p>　　前面從不使電動(dòng)機(jī)失去穩(wěn)定和不使轉(zhuǎn)子發(fā)熱的角度，也就是從安全的角度出發(fā)，分析了負(fù)載變化時(shí)，允許調(diào)壓的范圍。下面討論降低電壓能否給電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來好處。</p>

105、<p><b>　　由前面的分析可知：</b></p><p><b>　?。?-29）</b></p><p><b>　?。?-30）</b></p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　　可見，影響電動(dòng)機(jī)輸入功率

106、、效率和功率因數(shù)的主要原因是電動(dòng)機(jī)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)本身的損耗，那么電壓的變化對這三者有什么影響呢?簡析如下:</p><p>　?。?）電壓變化對輸出功率的影響</p><p>　　由前分析可知，對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，無論是在重載還是在輕載狀況下，電動(dòng)機(jī)的輸出功率常數(shù)，基本不變。</p><p>　　而對于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，情況就大不一樣了。由于電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)也能保持穩(wěn)定運(yùn)行

107、，因此，允許的電壓、轉(zhuǎn)差率和相應(yīng)的轉(zhuǎn)速的變化范圍較大，而變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩是隨著轉(zhuǎn)速的增減而增減的，例如機(jī)泵類的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比關(guān)系。因此，變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的輸出功率將隨電壓的降低而降低。降低的程度，隨電動(dòng)機(jī)性能的不同而不同。</p><p>　?。?）電壓變化對電動(dòng)機(jī)的損耗影響</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的損耗，由3.1.2節(jié)可知:</p><p><b

108、>　　(3-32)</b></p><p>　　電壓變化對各項(xiàng)損耗的影響如下:</p><p><b>　　1）機(jī)械損耗</b></p><p>　　機(jī)械損耗與轉(zhuǎn)速成正比，由于電壓變化所引起的轉(zhuǎn)速變化不大，因此可認(rèn)為</p><p>　　常數(shù) (3-33)</p><p>

109、<b>　　2）附加損耗</b></p><p>　　附加損耗與電流的平方成正比，與電壓的平方成反比</p><p><b>　　(3-34)</b></p><p><b>　　3）定子鐵耗</b></p><p>　　當(dāng)電壓接近額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的磁路趨于飽和:當(dāng)電壓低于額定

110、值時(shí)，鐵耗近似地與外加電壓的平方成正比，即</p><p><b>　?。?-35）</b></p><p><b>　　4）轉(zhuǎn)子銅耗</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子銅耗的大小主要取決于轉(zhuǎn)子電流的大小，而轉(zhuǎn)子電流的大小又取決于電壓和負(fù)載的大小，如式(3-31)所示。當(dāng)電壓變化時(shí)，由于主磁通與電壓成正比變化，所以轉(zhuǎn)子電流的

111、大小與電壓成反比變化，因此轉(zhuǎn)子銅耗與電壓的平方成反比變化，可表示為：</p><p><b>　　(3-36)</b></p><p>　　因此，降低電壓總會(huì)引起轉(zhuǎn)子電流和銅耗的增大，這是所不希望的。還可以由轉(zhuǎn)差率直接算出轉(zhuǎn)子銅耗的大小，故轉(zhuǎn)子銅耗又稱為轉(zhuǎn)差損耗或轉(zhuǎn)差功率：</p><p><b>　?。?-37 ）</b>

112、;</p><p>　　對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，由于輸入功率幾乎不變，所以當(dāng)降壓運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子銅耗將隨轉(zhuǎn)差率的增大而增大。</p><p>　　對于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因其輸入功率君隨電壓的降低而降低，轉(zhuǎn)子銅耗要比恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載小得多，其值為：</p><p><b>　?。?-38）</b></p><p>　　其中表示在，時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大

113、機(jī)械輸出功率，如忽略定子損耗，近似等于時(shí)的輸入功率。</p><p><b>　　5）定子銅耗</b></p><p>　　定子銅耗取決于定子電流的大小。定子電流是轉(zhuǎn)子電流與勵(lì)磁電流的向量和，因此定子電流的大小不僅與負(fù)載的性質(zhì)、輕重等有關(guān)，而且還與勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)子電流的比值有關(guān)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載或空載時(shí)，中分量所占的比重較大，分量所占的比重較小，電壓適當(dāng)下降時(shí)，定子電流能夠