第 32 2013 卷第 年 4 期 4 期 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.32,No.04 April,2013 三相交流异步电动机的调压节电控制系统设计 徐杭田，张国庆，杨占录 （海军潜艇学院，山东 青岛 ） 266042 主要分析系统的组成和工作原理，表明该系统融合了单片机技术 。 摘 要:阐述了异步电动机的调压节能原理，分析了电机降压运行对电机性能的影响以及电机允许降压范围与电 机负载率的关系 晶闸管变流技术，实 、 现了电机节能控制器的自动化和数字化 关键词:节能措施；调压节电；硬件设计；软件设计 中图分类号:TM34 （ 文章编号:1008-8725 文献标识码:A 控制技术 、 04-0038-03 2013 ） 。 Design of Regulator Power Saving Three-phase AC Induction Motor Control System ， ， （ XU Hang-tian ZHANG Guo-qing YANG Zhan-lu Naval Submarint Academy, Qingdao 266042, China ） Abstract:The regulator energy saving principle of the induction motor. The the motor buck operation of motor performance and motor allows buck range with motor load rate. The analysis of the composition and working principle of the system. Indicating that the system integration of SCM technology, automation and digitization of the electrical energy controller. Key words:energy-saving measures; regulator power saving; hardware design; software design technology, technology thyristor achieve control the to 0 水泵 、 压缩机等 、 以上 60％ 前言 当前大部分工业拖动都是以交流异步电动机作 为动力，包括风机 油泵 其耗电巨 、 。 大，用电量占电网总负荷的 电机节能不但 。 能产生巨大的社会效益，而且能带来巨大的经济效 据统计电动机节能率每提高一个百分点，我国每 益 。 年就能节省电费几十亿元 因此，至今研究异步电动 。 机降耗节能仍有重要的实际意义[1]。 样的调压节能控制方式中，晶闸管串接而且通过 6 只两两反向并联方式，在晶闸管控制角三相供电线 其中，晶闸管调压电路一般被采用为主电路，这 。 路中就可以进行改变 调节交流电动机定子端电压 以减少电机的铁损和铜损，从而提高电机功率因数 文中将采用这种方法提高电机在轻载或变 和效率[3]。 载运行时的经济性[2]。 系统设计分析 1 1.1 主电路的选取 1.1.1 调压方式的选取 负载端的电压是通过工频电源和负载之间接入 其中，相控调压和斩 的晶闸管调压器来进行改变的 。 波调压为晶闸管调压的两种常用方法 对于斩波调 压来说，静止接触器就是双向晶闸管，对于几个周波 的电源电压进行交替接通与切断处理，其中，输出电 。 GSM 随着 GSM GSM 移动通信网络的飞速发展， 盲区越来越少，目前利用 、 的 和 组建的工业手机与公共通讯信息网络，开 MODEL 实 发出输电线路和变压器运行管理系统，可以有效 、 继电保护运行状 时地监控供电系统中开关 变压器 、 、 况，一旦发生继电保护动作 开关跳闸事故，该系统 、 会立刻自动地将事故情况发送到相关人员手机上， 可以使相关人员及时 正确地处理电力系统的 、 事故，大大提高电网安全管理水平 的发生，严重影响煤矿的安全生产，因此煤矿供电事 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 找出煤矿供电事故的 故必须引起我们的高度重视 信号覆盖范围广 根源 遏制事故多 、 发的趋势是现在供电安全管理的首要目标和任务 。 物的因素 人的因素是导致煤矿供电事 、 故的主要原因，煤矿企业应该通过构建合理电网结 构 采取合理运行方式，提高电网的装备水平，提高 、 供电系统人员的整体素质，引进事故短信平台等措 施来降低供电事故的发生频率 参考文献： 分析事故的本质 、 实施综合治理 、 环境的因素 、 有效 、 。 。 。 4 结束语 总而言之，煤矿供电系统对于煤矿的生产极其 重要，而煤矿供电安全管理又是一项复杂的系统工 程 煤矿供电事故在煤矿生产中经常发生，不仅会导 。 致煤矿短时间的停工，而且可能导致特大煤矿事故 [1] [2] [3] （ ） 4 :104-105. . ,2010 浅析煤矿供电事故多发的原因及防范措施 王霞 管理 浅析煤矿供电系统保护与事故的控制措施 朱文安 . ） （ 19 2011 事故短信平台在煤矿供电系统中的应用 王新文 . （ 应用 ） 5 :772-773. ,2010 :91. [J]. [J]. 能源技术与 科技信息 , [J]. 数字技术与 （责任编辑 王秀丽） 收稿日期:2012-05-20;修订日期:2012-12-20 作者简介: 徐杭田（ 1964- ），男，山东莒南人，副教授，研究方向：舰船电气工程 。 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 期 4 徐杭田，等：三相交流异步电动机的调压节电控制系统设计 ·39· 。 压的有效值可以通过改变接通时间与切断时间之比 来控制 对于异步电动机如果采用斩波调压方式，则 。 要求有不能太低的通断交替频率 转子中的瞬态电 流在电源断开时，可以维持电动机气隙中的磁场，同 时，对于气隙磁场在定子绕组中感应的电势频率来 说，当转子旋转则能导致其变化 。 θ φ 这是因为，此时能够保证 。 作为感性负载的异步电动机来说，对于调压作 和感性负载的功率因数 ，在交流调压电路带感性负载时，前者大于后者 用的影响因素包括移相角 角 才能出现调压作用 180℃ 的电流导通的时间特点，相控不起任何调压作用 如 。 果晶闸管触发脉冲不够宽，直流分量出现在负载上， 影响了晶闸管的使用安全 所以，这里应该采用宽脉 。 冲或脉冲串触发来进行相关的相控晶闸管电路 另 。 外，对于闸管交流调压系统中的移相来说，负载电流 关断，这 波形过零，另外加上范围限制在 φ<θ<180° 样对于闸管来说就不需要另加换流电路 其主要优 。 调压装置体积小 点则包括调压装置体积小 维修方 、 、 便和价格低廉等 所示，采用晶闸管相控调压 如图 1 。 的技术，主要是通过 个两两反向并联的晶闸管串 6 连在电机主供电回路中 。 1.1.2 晶闸管相控调压原理 晶闸管调压单相等效电路中，其中 相等效阻抗， Ui 压 为电网相电压， UL 为电机一 为晶闸管输出电 ZL 1 φ φ U 。 θ、 Ut = 所示 2姨 sinωt。 设 。 从晶闸管输出波形示意图看出，晶闸管控制角 晶 θ 。 闸管正负半周的触发是对称的，晶闸管的输出电压 有效值 决定了晶闸管的输出电压值 和功率因数角 可由下式计算 (sin2θ-sin2φ)] 是晶闸管控制角 [(π+φ-θ)+ 1 2 =f(U,θ,φ) 功率因数角 从控触发板 。 1 ；从控触发板 及供 当供电电压不变时，通过改变晶 。 UL UL =U 1 姨 π 可见， UL 电电压 的函数 闸管的控制角，可以改变晶闸管的输出电压 1.2 系统总体结构设计 当电机节能控制器的控制对象为三相异步电动 只两两反向并联的晶闸管， 机时，主电路需要串入 6 对两两反向并联的晶闸管， 如图 主电路中 。 3 同步 系统分别对其触发，如图 电压来自 U 幽负责触发 同 ；主控触发板同 步电压来自 各个触发板以 步电压来自 及触发板与工控机之间通过 主 。 控触发板根据所检测到的功率因数和电流值的大小 实时调整晶闸管的控制角，再通过 总线把调整 后的控制角传送给从触发板，以保证每个晶闸管的 控制角相等 主触发板和从触发板的硬件设计完全 相同，只是主触发板的软件设计增加了晶闸管调压 子程序，其它软件部分完全相同，所以文中在下面只 介绍主触发板软硬件的具体设计 采用这种电路的 好处是：由于各相同步电压分别取自各自的线电压， 因而系统不需要零线 另外，当相序改变时，同步电 。 压随之改变，可以保证系统正常工作 1.3 系统主要硬件组成 TA+、TA- ， TC- TC+ TB+、TB-。 ，负责触发 负责触发 总线交换数据 Uca Ubc 所示 CAN CAN 。 。 。 2 系统硬件结构主要由电源模块 同步信号检测 2 、 图 1 交流调压主电路 模块，功率因数测量模块 检测模块 图 2 系统总体结构图 电压值 、 触发电路以及数据传输模块等组成 、 电流值检测模块 、 电源模块从线电压中获取能量，然后转换成各 ， - 个模块所需要的电压，本系统中需要 ， +5V +10V 。 的直流电压，通过变压器 整流桥 。 。 、 、 A／D CAN 等硬件来实现 5V 7660S 弦波形或准正弦波的电压 、LM7805、 功率因数测量模块，首先把正 。 电流信号调理成幅值为 的方波信号，然后送入单片机的捕获引脚，通过 5V 单片机内部的捕获单元来测量电压与电流之间的相 位差 触发电路主要由脉冲变压器和驱动器构成，完 。 成晶闸管可靠触发 电压值检测模块和电流值检测 模块首先调理为待检测信号，然后把调理后的信号 送入单片机内部 数据传输模块 总线，主要完成上下位机以及触发板之间 采用 的数据传输，实现相互之间的数据交换 1.4 系统总体软件设计 1.4.1 控制量的选取 进行模数转换 本控制器首选功率因数作为系统的一个反馈控 在稳态下，负载和转速保持恒定时，电机功率 。 制量 因数控制法是一种简单有效的能量最优控制方法 。 同时，为防止突加负载引起停车现象发生，引入 根据电流变化量的大小，来配置突 电流反馈控制量 。 增负载工况诊断和快速升压控制措施 当电机电流 变化不大，系统主要以功率因数调节器调节晶闸管 控制角；当负载突然增大时，电机电流也会发生突 变，这时候系统主要以电流调节器迅速调节晶闸管 控制角，来快速提高电机端电压，避免电机堵转 所 。 以，增加电流反馈量，不但可以提高控制器的响应速 度，而且便于系统增加过电流保护功能 。 。 。 1.4.2 总体软件设计 WinAVR Lab Windows／CVI 6．0 下位机软件需要完成功率因数 。 该系统涉及到节能控制器下位机软件设计和上 作为编译调试 位机软件设计 下位机选用 。 作为调试编 软件，上位机选用 电机电压 译环境 、 、 电机电流各信号的检测，以及根据这些信号量，采用 预先设定的算法，来调整晶闸管的导通角并完成晶 下位机软机主要包括晶闸管调压 闸管的移相触发 程序 电流电压 、 采集程序等 上位机主要与节能控制器交换数据，功 。 能较为简单，而下位机需要实现各参数的检测和电 机电压的实时调整，所以下位机软件是整个软件设 计的中心 功率因数检测程序 、 外部中断程序 、 。 首 所示 下位机软件设计的主程序流程如图 3 。 定时计数 先程序初始化，将单片机的外部中断模块 、 转换等模块初始化，晶闸管初始控制角 器模块 当电机启动完成 设为 。 后，系统开始检测电机电压 电流及功率因数角，接 、 着运行调压子程序，根据负载实际情况，开始调整电 动机端供电电压 、A／D ，电动机将以全压方式启动 0 。 。 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 32 2013 卷第 年 4 期 4 期 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.32,No.04 April,2013 现代矿井提升机的综合自动化电控系统 李新华 （辽源职业技术学院，吉林 辽源 ） 136200 摘 要:我国近些年来，在矿井提升机的设计 井提升机向大容量 监控系统 关键词:提升机；自动化；电控系统； 中图分类号:TD53 文献标识码:A 大功率 、 控制系统 、PLC PLC 制造及使用上有了长足的发展，随着高产高效矿井的涌现，促进了矿 、 全数字化及综合自动化的方向发展 高安全性 文章阐述了上位机 、 。 、 装卸载系统等，并对煤矿提升机综合自动化电控系统进行了实例分析 、 高可靠性 、 高效率 、 。 （ 文章编号:1008-8725 ） 2013 04-0040-02 Modern Mine Hoist Automation Control System （ Liaoyuan Vocational and Technical College, Liaoyuan 136200, China ） LI Xin-hua Abstract:In China in recent years, in the mine hoisting machine design, manufacture and use has made considerable development, with the emergence of high production and high efficient mine, promote mine hoist to large capacity, high power, high efficiency, high security, high full digital and integrated automation development direction. This paper describes the reliability, computer control system, PLC control system, loading system, and the coal mine integrated automation control system for case analysis. Key words:hoist; automation; control system; PLC 0 前言 矿井提升机的生产工艺和安全性的要求较高， 其机械制造技术和电气控制技术一直是煤矿机械 、 机械制造和电气传动的重要研究领域 我国近些年 。 、 制造及使用上有了长足的发 来矿井提升机的设计 随着高产高效矿井的涌现，促进了矿井提升机朝 展 。 全 着大容量 高安全性 、 、 文中阐述了上位 数字化及综合自动化的方向发展[2]。 机监控系统 信号 装卸载系统 、 、 等，并对煤矿提升机综合自动化电控系统进行了实 高可靠性 、 大功率 、 高效率 、 控制系统 功能 、 、PLC !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2 、3 、 、 转换器 输入捕获模块 ATmege48 A／D 结束语 单片机作为系统的主控芯片，利 采用 外部中断模 用其内部 块 个定时器计数器和软件看门狗等丰富的集成 资源，大大简化了软硬件设计，提高了系统集成度和 软件采用功率因数和电机 可靠性，降低了系统成本 。 电流双闭环调压控制算法 当电机负荷缓变时，软件 。 以功率因数调节器线性调节晶闸管控制角并允许调 节死区存在，避免电机电压频繁波动；当电机负荷突 变时，软件根据电流变化量快速调节晶闸管控制角， 防止电机在突增负荷时堵转，从而缓解了电机节能 控制器输出稳定性和快速性之间的矛盾 考虑负载 情况的前提下，系统利用晶闸管输出电压自动调节， 使电机输入功率和输出功率相匹配，该系统可以适 用于运行在变负载工况的异步电动机 参考文献： 。 。 交流异步电动机调速系统控制策略综述 浙江大 [J]. 图 3 主程序框图 节能控制器的核心是根据电机负载实际情况， 调整晶闸管的控制角，提高电动机的运行经济性 在 。 正常情况下，要求控制器电压调节平滑，使电机平稳 运行 同时，在负载突然增大的情况下，控制器能迅 。 速调整电压，避免电机堵转 [1] [2] [3] 。 . , 胡协和 丁辉 学学报， 2011,45(1):50-58. 刘志申 高敬格 制造业自动化 杨志红 海争平 动化 . ,2010,32(6):58-61. .NL-150W , , ,2004,26(3):54-56. 特钢厂煤气输气管道压力智能控制系统设计 [J]. 型抛丸机的变频控制改造 制造业自 [J]. 收稿日期:2012-05-06;修订日期:2012-12-18 作者简介: 李新华（ 1963- ），女，吉林辽源人，副教授，研究方向：电气自动化 。 （责任编辑 王秀丽） 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net