三相异步电动机论文精选(九篇)

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第1篇：三相异步电动机论文范文

[关键词]软启动控制器；电动机；节能启动运行

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0089-01

三相异步电动机由于其具有结构简单、运行可靠、检修维护方便、以及价格便宜等优点被广泛应用到各工程领域，作为电能转换为其它能量的主要动力载体。众所周知，电动机处于直接启动运行工况时，其启动电流一般可以达到额定电流的8倍以上，有的甚至可以达到15倍，强大的启动冲击电机会对电机供配电网、负载机械、以及电动机自身等造成巨大冲击破坏，不仅会影响到电机系统以及其拖动的机械设备的综合使用寿命，同时还会造成电机供电配电网电压发生突降，直接影响到同一配电网中其它用电设备的高效稳定运行。电动机在额定负载率附近工况范围内运行时，其效率较高，通常在80%左右；然而，当电动机拖动负载出现下降现象时，电机系统的运行效率也会随之发生显著下降。在电动机拖动系统选型设计时，通常都是按照系统最大负载和最坏运行条件情况来选定电机功率。在实际运行过程中，电机系统由于负载波动等原因，通常处于轻载（空载）或不均匀时变负载运行工况，导致电机运行在低效工况区，势必会造成大量的电能损失和浪费，因此，提高电机启动运行工况，保障整个电机系统具有较高的运行效率就显得很有必要[1]。

1 电动机软启动及节能方法简介

传统的串联电阻（电抗器）、并联自藕变压器、以及星型一三角形（Y-）等减压启动方式，不仅造价较高，而且电机在启动过程中均会经历一个由辅助供电系统到工频供电系统的跳跃过程，使得电机系统中的某些特征电参量发生特变，不能稳定连续平滑调节启动运行，容易导致电机系统发生机械或电气故障，加上电机控制系统变得越来越复杂，这类控制方式经济性能普遍较低，因此，其逐步被软启动控制系统所取代。

由于供电距离、电机功率等造成电动机直接启动方式，不能满足电机系统配电网电压降要求时，为了确保电机高效稳定的启动运行，应采取相应技术手段，通过降低电机定子电压的启动模式，达到限制启动电流保障电机高效可靠启动运行目的[2]。

基于电机控制系统中电动机启动的主要特性和节能基本理论方法的基础上，本文将对电机节能软启动器的逻辑结构和运行效果进行详细探讨。

2 节能软启动控制器在电机控制系统中的应用

2.1 系统功能单元组成

节能软启动器控制系统是综合三相异步电动机启动和运行保护为一体的节能保护启动控制装置，主要包括电动机软启动自动控制、系统输出输入能量平衡、以及电机故障保护等三大功能模块，其具体逻辑工作原理框图如图1所示：

从图1可知，当三相异步电动机处于起动过程时，控制系统各功能单元就会将电机机端的电压、电流、以及转速等信号经相应A/D模数转换电路，转换成相应的数据信号后送至控制系统中，与系统原始设定值进行动态比较分析后，计算获得对应的电参量偏差和偏差化率值，然后形成对应的控制决策，通过控制系统触发脉冲的宽度来动态调节晶闸管的触发角大小，完成对电机启动的实时控制。通过控制晶闸管触发角的大小，达到改变晶闸管输出电压实现电机降压软启动控制目的。从电动机启动特性来看，电机起动过程中，晶闸管的触发角会随电机启动过程的进行而不断开打，从而实现电机从零转速开始逐步加速无级平滑启动控制运行。当三相异步电动机出现故障时，系统就会检测到已成的工作电压和电流值，控制系统就会通过保护电路完成电机保护跳闸操作，防止电机故障进一步扩大给电机系统带来更加严重的危害，并能通过对应的可视化显示界面，提醒运行人员对相关异常单元进行检查，大大提高电机控制系统的人性化服务水平[3]。

2.2 软启动器PID控制

由于异步电动机控制系统是一个多参量、动态时变、非线性、强耦合的多阶复杂大系统，很难利用一种简洁的控制模型进行描述表达。PID控制系统可以通过内部电路自动分析获得对应准确的控制信号，是现代控制系统中常采用的控制方式，其典型控制原理如图2所示[4-5]：

2.3 应用效果分析

为了分析节能软启动控制器在三相交流异步电动机控制系统中节能降耗作用，在结合前面的理论分析的基础上，通过相应的功能单元组合，形成对应的软启动控制系统，整个系统基本参数为：三相异步电动机额定功率为22KW，额定电流为44A，额定电压380V，采用市电直接供电方式。按照图1所示的结构将异步电动机软启动控制系统进行有效连接，通过电机控制系统中有无装该节能软启动控制器进行比较试验，获得对应的试验数据如表1所示：

从表1可以看出，在加上节能软启动控制器后，电机启动工况特性得到有效改变，不仅降低电机的启动电流（使其比额定电压条件下的38.5A还低，仅为34.7A），有效避免了电机启动时强大启动电流对电网和电机的影响，同时还提高了电机系统的功率（从0.608提高到0.852），保障电机具有较高的工作效率，达到节能降耗的目的。

3 结束语

将以晶闸管为核心的节能软启动控制器应用到三相异步电动机控制系统中，可以有效解决了传统异步电动机启动运行性能水平较低的问题，达到了降低电机启动电流、提高运行效率的节能降耗稳定经济启动运行目的。

参考文献

[1] 徐甫荣，崔立.交流异步电动机启动及优化节能控制技术研究[J].电气传动自动化.2003.25（l）：1-7.

[2] 高淑萍.智能型交流异步电机软起动器的研究[硕士学位论文][D]，西安：西安理工大学，2004.

[3] 胡崇岳.交流调速技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

第2篇：三相异步电动机论文范文

关键词：FPGA SA4828波形发生器 三相交流异步电动机 变频调速 SPWM

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0127-02

所谓变频就是利用电力电子器件（如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT）将50 Hz的市电变换为用户所要求的交流电或其他电源。它分为直接变频（又称交-交变频）和间接变频（又称交-直-交变频），后者又分为谐振变频和方波变频。方波变频又分为等幅等宽和SPWM变频。常用的方法有正弦波（调制波）与三角波（载波）比较的SPWM法、磁场跟踪式SPWM法和等面积SPWM法等[3]。

本设计所设计的题目属于间接变频调速技术。它主要包括整流部分、逆变部分、控制部分及保护部分等。逆变环节为三相SPWM逆变方式。

1 系统简介

1.1 交流异步电动机

三相异步电动机主要由定子和转子两大部分构成，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙，以保证转子的自由转动。异步电动机结构如图1所示。

1.2 SPWM技术

SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技术，即在PWM的基础之上，改变调制脉冲的方式。脉冲宽度和时间占空比按正弦规率变化，这样输出波形经过适当的滤波就可以做到输出正弦波。

产生SPWM信号的方法是用一组等腰三角波（称为载波）与一个正弦波（称为调制波）进行比较，如图2所示，两波形的交点作为逆变开关管的开通与关断时刻。当调制波的幅值大于载波的幅值时，开关器件导通，当调制波的幅值小于载波的幅值时，开关器件关断。

2 系统的硬件实现

基于FPGA的交流异步电动机的变频调速系统，以FPGA为核心控制芯片，利用SA4828芯片产生SPWM波，再通过驱动电路驱动逆变开关。再加上电路，保护电路等，构成整个完整系统。

本设计为交流异步电动机的变频调速，主要涉及主电路和控制电路两大部分（如图3）。

系统各组成部分简介。

供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220 V，中大功率的采用三相380 V电源。

整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。此处采用三相不可控整流，用不可控的二极管组成三相桥式整流电路。它可以使电网的功率因数接近1。

滤波电路：此处采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。

逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。在设计中采用三相桥式逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。

以上四个部分组成主电路，其余部分为控制电路。

电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。

控制电路：采用FPGA和SPWM波生成芯片SA4828，FPGA芯片选ALTER公司Cyclone Ⅱ系列芯片。控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。从而得到与信号电路对称的SPWM波。

此处选用电动机原始参数如下：

额定功率PN：7.5 kW；

额定电压UN：380 V；

额定电流IN：15.6 A；

效率：86%；

功率因数：0.85；

过载系数：=2.2；

极对数：p=2。

3 系统软件实现的实验结果

电压频率曲线可以分为两段，在额定电压一下，电压频率成正比。当电压上升到额定频率后，不在上升。

对于恒负载时，由前面章节分析可知，电动机的转速会与其电源频率成正比。转速与频率的关系曲线如图4所示。

4 结论

本文采用FPGA控制三相PWM波专用芯片SA4828。具有电源频率可调，删除窄脉冲，响应速度快，可现场编程等特点。最终验证了系统的可行性和有效性。系统中还有过流保护和过压保护等。还可以通过FPGA监视系统的其他故障，SA4828芯片还提供在紧急情况下急停的功能。在这种内部控制保护与电路保护相结合的方式，保证了电机的安全运行。

但系统也存在许多不足之处，如控制方案的实现不够精确，FPGA芯片选择上不够经济，检测保护电路不够完善，这些问题有待进一步研究解决。

参考文献

[1]何超.交流变频调速技术[M].北京：北京航空航天出版社，2006（9）：1-65.

[2]董飞燕.变频技术的应用及发展[D].河南：平顶山工学院，2005.

[3]张建军.浅谈我国变频器发展技术[J].科学情报发展与经济，2005（1）：134-135.

[4]梁昊.最新变频器标准实施和设计[M].北京：电力出版社，2005（8）：125-136.

[5]杨小豹.基于FPGA的变频调速控制[D].华侨大学硕士论文，2006.

第3篇：三相异步电动机论文范文

1.节能技术应用前提与原则

抽油机节能技术在油田推广应用。一是在管理方面，推广应用抽油机井系统优化软件与单井自动化监控系统，从源头把关，保证系统效率。二是在硬件方面，主要包括抽油机、电动机、控制柜节能技术应用；应用节能电机，如：高滑差电机、永磁交流电机、多绕组电机、双转子电机等节能技术；空抽控制柜、变频控制器和无功补偿箱等控制装置。三是从全年费用“盘子”中，分离出专项费用，实现“专款专用”。选择遵守以下基本原则：

优先原则：根据区块实际特点，在保证油井最佳产能的前提下，优化参数设计、精确调整运行参数。

适用原则：通过现场适应性、实用性试验，优选匹配最佳、节能效果最好的节能产品推广应用，避免盲目引进。

主次原则：以节能电机为主，以节能控制箱为辅的原则，同时兼顾旧机型抽油机和普通旧电机的节能技术改造，充分合理发挥节能设备优势，从而达到在较少资金取得较好的节能效果。

规模原则：节能拖动装置在一定范围内可降低电功消耗。

2.论证节能技术与试用验证

2.1节能技术论证

一般用节能抽油机、控制箱等节能设备较多。筛选永磁电机、空抽控制器、低压无功计量补偿装置等节能设备，并分段实施。

交流永磁电机 采用稀土永久磁铁代替励磁绕组激磁，没有转差损耗，定子电流减小，功率因数高，电机在负载变化和电网电压波动时，不存在速度波动，没有机械传动过程损耗。

直流无刷永磁电动机 是一种典型的机电一体化结构。电动机定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。转子上粘有已充磁的永磁体，为检测转子极性，在电动机内装有位置传感器（霍尔元件）。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等。

空抽控制器 是美国汉诺威专利技术，通过高分辨率传感器检测抽油机电机动力线电流、电压及相位角，计算出电机运转实时有功功率、无功功率，并根据抽油机上行、下行电流变化与抽油机加载、卸载过程的关系准确描述出抽油机加载及卸载过程的电流运行轨迹及加、卸载过程的时间变化，将采集到的数据存储在主控制器的存储区中，并对预置在芯片里的具有广域代表性的数学模型进行个性化修正，找出真实反映每台抽油机实际运行情况的电流、功率及负荷的变化规律，达到对抽油机智能化、科学化管理。通过科学控制间机抽井的启、停状态，防止油井空抽，达到节省能耗、降低磨损的目的。

抽油机变频控制器 是一种输出频率可调的电力拖动设备，从电机转速公式：N=60f/p×（1-S）得出，电机转速与频率成正比，电机在保持磁通量不变，在电压与频率之比为恒定值状态，功率与电压成正比，功率与频率也成正比，下调频率能降低电机输出功率，达到节能的目的。

双转子柔性电动机 由两台同轴不同功率的异步电动机组成，互为主辅电机，不同负荷下分别对应着主电机、辅电机、主辅电机同时运行三种状态。自动控制装置可根据抽油机负载情况，控制运行状态的转换，使其运行在最佳状态。

抽油机机井整体工艺参数优化 在保证产液量的情况下，抽油机井整体工艺参数优化技术采用损失功率最低或机械采油成本最低为原则的设计方法，合理优化抽油机井杆柱、管柱、泵型、电机、调整冲程、冲次等抽汲参数，使抽汲系统达到最优，能对对检泵作业井的参数设计和新投产井机、杆、泵选择及能耗进行预测和分析。

2.2试用验证

2006年开始，组织各采油厂对永磁交流电机、摩擦换向式抽油机、智能变速多功率超高转差电机、直流无刷永磁电机、空抽控制器等技术产品，选择不同的油田、油井进行试装；并对节电情况进行节能测试，作如下对比。

节能率测试结果对比

③.截止2009年底，在油田随检泵作业应用抽油机整体工艺参数优化技术600多口井次，实施优化后，泵径增大130口井，泵径减小52口井，冲次降低250多口井，冲次增大10口井，调大冲程16口井，应用小功率永磁电机178口井。

④.双转子柔性电动机：2007年现场试验4口井，平均有功功率降低0.91kW，无功功率降低13.7kVar，运行电流降低20.54A，平均单井日节电38.84kwh，节电率达20%。

⑤.加装抽油机空抽控制器、变频器；摩擦换向式抽油机等技术改造后，节能效果也比较明显效。

4.认识、体会与努力方向

机械采油是一个系统工程，应将采油工艺、油藏条件、地面设备、地面条件等有机结合起来，结合抽油机、油井效用年限，综合考虑，才能取得最佳的经济效益。

节能抽油机电机或节能控制装置是可以降低电能消耗，降耗低碳是进一步提高抽油井效率的主要手段之一，但要增加技术与管理环节，系统可靠性要降低，维护管理成本会相应地增加，只有加大应用规模，取得规模效应，才能实现好的经济和社会效益。

节能型抽油机是发展方向，能与油井负荷相匹配，并有完善的保护功能；有数据采集和存储功能；联网和通信功能以及遥控遥测功能；并能适应油田的野外环境要求，操作简单，智能化程度高。

自动化控制是攻关方向。应用微型计算处理机和自动适应电子控制器进行控制、监测，具有抽油（液）效率高、节电、功能多、安全可靠、自动化程度高、经济性好、适应性强等特点、功能。

参考文献：

[1]于海迎.抽油机节能技术及其发展趋势.石油和化工节能.2007. 2；

[2]徐甫荣，赵锡生. 抽油机节能电控装置综述. 电气传动自动化.2004.06；

[3]赵来军，倪振文，职黎光，刘刚，黎若鹏. 抽油机变频控制技术.采钻工艺；

[4] 李玉生，王琪等. 浅谈我国抽油机电控装置的发展. 中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集. 2002；

第4篇：三相异步电动机论文范文

关键词：基础教学；专业教学；教学设计

在高等教育的课程中，从人才培养目标或是岗位就业的角度上来说，学生往往会有重视专业课忽略基础课学习的情况出现，甚至有些专业课教师歧视基础课教学的教师，认为他们缺乏专业技能与专业知识等。无论是课程设置还是教学本身，都不应该脱离学生的实际情况，更不该脱离教学本身，否则将会对学生的成长、学习和就业造成不良后果。在实际教学过程中，我一直没有放弃基础课程的教学与研究，这使得我在专业课程的理论教学中，特别是复杂且抽象的知识分析或是较难理解的程序编制中，都能够有坚实的理论基础，并且能够较好的把基础课程中的知识点，引入到专业课程的教学过程中。下面以具体《电器控制与PLC应用技术》课程中的课程内容“三相异步电动机的启动控制线路”的教学设计过程为例，对于在专业课程的教学设计中引用并联系基础课程教学，与大家分享共同学习。

一主要教学内容

控制系统的最终对象就是电机。对于电机来说，主要是启动、制动、正反转控制。可列举洗衣机的工作情况。引出问题：在生活中见到的启动控制有哪些？引导学生思考：比如在大众实习的生产线上都有哪些方式的启动？结合学生所说的启动现象，让学生给不同的启动控制起名字。再由教师总结具体启动控制的方式分类，及优缺点。异步电机按照内部转子结构不同分为鼠笼式和绕线式。工程实际多数使用鼠笼式，所以为教学重点。1.鼠笼式异步电动机直接启动控制1）点动控制举出生活中，机床中点动控制的例子。机床对刀等等。可举例毕业时装订论文前，裁剪论文尺寸时对刀，就是点动控制。由于控制线路简单，可直接要求学生根据控制原理图，分析控制过程。2）连续运行控制引出问题：点动控制应用在启动控制电路有什么缺点吗？提示：按钮和开关的区别。引出在实际生产中，往往要求电动机实现长时间连续转动，即所谓的长动控制。根据电路以及长动控制的概念，引导学生总结出自锁的概念，并指出电路图中哪里是自锁环节。3）给学生几分钟理解并记忆自锁的概念，可找学生按照自己的理解说出自锁的概念。强调这是考试必考内容，以及今后学习编程必有的环节。引导学生分析工作过程，学生分析讲解启动控制过程，教师总结。4）提问电路中需要加几种保护？又由什么电器实现保护？（复习第一章内容）短路保护：短路时熔断器FU的熔体熔断从而切断电路，起保护作用。电动机长期过载保护：电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触点断开使控制电路断电。（强调短路电流与过载电流的区别？）欠电压、失电压保护：通过接触器KM的自锁环节来实现。2.鼠笼式异步电动机降压启动控制引出问题：实际启动时，往往要用降压启动，为什么？学生随意回答。教师给予鼓励并总结。电动机直接启动时，定子启动电流约为额定电流的4～7倍。这个是不可避免的。过大的启动电流将影响接在同一电网上的其他用电设备的正常工作，甚至使它们停转或无法启动，根据欧姆定律，想要降低电流，负载不变，唯一方法就是降低电压。因此往往采用降压启动。再次引出问题：让学生大胆猜想，分析降压启动的方法？提示学生把这个问题联想到简单的物理电路中，你能想到的降低电压的方法（基础知识教学）？教师根据学生所回答的内容，（串联分压，变压器等等）总结出主要内容。鼠笼式异步电动机常用的降压启动方法主要有：1）定子串电阻降压启动控制电路2）自耦变压器降压启动控制电路3）Y-降压启动控制电路前二种降压启动的方式学生们较好理解。可以以一张原理图作为重点，另一张控制原理图让学生独立分析。但是对于第三种教学过程需要慢一些。有必要带领学生复一电工基础，讲负载星形连接、三角形连接的基础知识，并在黑板上画出二种连接的电路，分析电压与电流的关系，让学生指出，哪种连接方式下电压大？降压启动先后连接顺序应该是怎样的。三种方法每部分都可以让学生根据原理，独立分析讲解电器控制原理图，为今后阅读分析电路做准备。可以分组讨论，让学习好的学生帮助理解较慢的学生，带领落后的学生慢慢学会阅读和分析电路图。没有必要由教师一步步讲解，教师主要指导，引领，鼓励学生独立完成分析。讲解后，让学生总结出每种方法的优缺点。

二教学反思

电动机的直接启动或是降压启动电路的工作过程等知识抽象难理解，在传统教学中，仅靠教师的语言描述，学生很难领会，并且会感到课堂枯燥乏味，会渐渐的失去学习兴趣，很难坚持学习。电器控制部分的基础没有掌握好，对后面PLC编程的学习会有很大影响。而本次课的教学，教师在教学设计过程中，把复杂的知识点拆分出若干个小的知识内容，逐步引导学生，由浅入深，层层深入，能够吸引学生，激发学生在听课学习过程中不断思考，便于学生理解与认识。通过在专业知识的教学中，适当巧妙的引入基础课程知识的教学内容，大大简化了专业课的知识难度，突出了基础课教学的重要性，突破了教学课程容易脱节的教学难题，为后续教学特别是实训教学打下了坚实的理论基础。

第5篇：三相异步电动机论文范文

【关键词】变频器；绝缘；变频电动机保护装置；差动保护；后备保护

0.引言

据相关资料统计，截止2007年底，我国的各类电动机的装机容量约为5.8亿千瓦，而高压电动机的总装机容量在2.9亿千瓦左右，其中70%左右是拖动风机、泵类的电动机，装机容量在2.03亿千瓦，这些电动机大都由6kV驱动，它们大多工作在高能耗、低效率状态。在我国火力发电厂中，各类泵和风机的用电量占火力发电厂自用电量的85%左右，例如引风机、送风机、循环水泵等，尤其是风机的裕量明显过大，如果采用挡板调节，即使在机组满负荷输出的挡板开度也较小。如可根据所需的流量调节转速，就可获得很好的节电效果，一般可节电20%～50%。

美国电力研究院早在1981就开始研究电力电子调速传动在电厂大型异步电动机上的应用，并在风机和泵类负载大型异步电动机进行变频调速现场试验，对大型变频调速装置的经济性和运行可靠性得出肯定的结论。目前我国大型异步电动机应用变频调速还刚刚起步，但国外已经广泛使用，而且随着电力电子器件的发展，高压变频装置的型式多种多样。通过长期的运行实践表明：应用高压大功率变频调速系统的经济效益良好、其可靠性也可以得到保证。

目前，进行变频控制改造后，国内外的大型电动机进行变频改造后，变频运行工况对电动机的本体绝缘带来了一些问题，导致电动机的绝缘过早被破坏；同时，由于高压电动机可以进行宽范围的频率调速，给原有的高压电动机保护配置带来了影响。尤其对作为大容量高压电机主保护的纵联差动保护影响最大，同时也缩小了原装设于高压开关柜上的电动机综保保护装置的保护范围，不能为变频电动机提供必要的保护。

本文，会简单分析变频运行工况下，电动机绝缘特别是匝间绝缘过早破坏的问题，同时指出现阶段电动机保护方面存在的问题，重点建议增设变频差动保护和变频后备保护，以及配套使用宽频低频CT，从而给予变频运行的电动机完善而可靠的保护。

1.变频电源给电动机的绝缘带来危害

国内外，大批变频调速电机绝缘过早破坏的现象不断出现，有些变频电机的寿命只有1到2年，甚至有些在试运行期间电机绝缘就被击穿破坏，而且击穿通常发生在匝间绝缘。虽然，针对此问题，业内采取了一些应对措施，但是并不能说变频技术的使用对电动机本体的绝缘影响就可以减缓或者忽略。变频器没有影响到电动机的短期绝缘性能，但是显著的降低了电动机的寿命[1]，对于电动机而言，每年大约承受3000亿次脉动电压的冲击。

研究当前国内电厂所进行的电动机变频改造项目，发现基本是在普通电动机上进行，而现用的电动机大都是老系列产品，绝缘水平很差，当把这些电动机改用逆变器控制做变速电动机使用时，在绝缘可靠性方面就会产生很大的问题，这一点需要正视和重视。在笔者和很多电厂用户的交流中发现，很多技术人员觉得变频运行的电动机，处于低电压、小电流环境中，故障发生几率会大大降低，其实是不合适的，电力逆变技术的应用给电气绝缘技术带来了新问题，需要更多的认识和研究。

正是如此，所以在条件允许的情况下，应该使用专用的变频电动机，另外，同时必须完善电动机在变频运行工况下的保护功能，来更多的避免变频电源对普通电动机绝缘造成的破坏。

1.1 SPWM变频器对电动机的绝缘影响

SPWM 波形上升时间非常短，一般为50ns～0.1μs ，脉冲电压在电机线圈中的分布非常不均匀，在电动机绕组的首端几匝绕组上承担了约75%-80%[2]的过电压幅值，这样首匝绕组承受的匝间电压过高，甚至超过平均匝间电压10倍以上，再加上电机端子上约2倍的过冲电压，将会引起电动机内部匝间局部放电，从而导致绝缘性能变坏使得寿命变短。

图1 冲击电压在电动机线圈上的分布[3]

具有急陡前沿脉冲的电压波施加在交流电动机绕组上时，其电压分布与施加普通工频电压不同，这时电动机绕组的各个线圈上所分布的电压是不均匀的，越是靠近电源侧的线圈，其所分布的电压值越高。

1.2变频器到电动机连接电缆的长度形成的过冲电压

脉冲波在电缆中的传播脉冲波进入电缆后沿电缆传播，当遇到波阻抗不相等时就会产生反射与透射。如电缆与电动机相连时，电动机为感性阻抗，其波阻抗远大于电缆的波阻抗，因此脉冲波在电动机端会产生反射与透射[2]。

由于电动机与电缆的阻抗不匹配而产生折射和反射，反射波和折射波使电动机端子上的电压产生了振荡过电压，此过电压有时是50Hz 电压的2倍之多，过冲电压的出现将会引起电动机内部匝间局部放电，从而导致电动机绝缘的损伤。

1.3温升对电动机绝缘的伤害

变频器输出的SPWM脉冲电压谐波成分丰富，脉冲频率高且上升沿陡直，这种状况与用50Hz的交流正弦波驱动电动机的状况大不相同，在能量转换过程中，电动机内部将不可避免地产生损耗，使电动机的温度升高。当温升超过最高容许工作温度时，电动机的使用寿命将大幅缩短。

对于变频器供电的电动机而言，由于高次谐波的存在，电机内部会产生以下附加损耗：①高次谐波带来的定子和转子附加铜损耗；②高次谐波带来的定子附加铁耗；③高次谐波带来的附加杂散损耗；④三相异步电动机在高频下运行时，集肤效应使转子电阻增加导致转差铜耗显著增加。这些高次谐波电压和电流产生的附加损耗，致使电动机温升增大，效率降低，输出功率减小。另一方面，对于普通标准电动机而言，冷却风扇直接安装在转子轴上，转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低频运转时冷却效果大幅下降，更会加剧电动机温升的提高。

2.变频改造对电动机保护的影响

变频装置的应用对于高压电动机的保护产生了很大的影响，尤其对作为大容量高压电机主保护的纵联差动保护影响最大。因为常规差动保护装置是针对不调速的电机而设计的，不能适用于宽范围调速的高压变频电动机[4]，所以目前进行变频改造的高压电机一般都取消了差动保护，而改装灵敏度较差的电流速断保护，这对于高压电机保护来说是不够的，也不符合国家继电保护规程的规定。

我国的继电保护设计规范，对3kV及以上异步电动机的主保护做了如下的规定：当发生电动机绕组及引出线的相间短路时，2MW以下的电动机宜采用电流速断保护作为主保护；2MW及以上的电动机或电流速断保护灵敏系数不满足要求时，应装设纵联差动保护作为主保护[10]。

根据以上的规定，高压电动机以纵联差动保护或者电流速断保护作为主保护，以过负荷保护、低电压保护和单相接地等保护作为后备保护。电流速断保护的特点是快速可靠、简单经济，但整定值要躲开电动机的启动电流，而且如果高压变频器带有输入变压器和大容量电容，则电流速断保护还需要躲开变压器的励磁涌流和电容冲击电流，该电流可以达到额定电流7倍，导致速断保护的灵敏度低[5] [6]。纵联差动保护的特点是灵敏度高，它的整定只需要躲开启动时因为两侧电流互感器不一致而产生的不平衡电流。

高压变频改造的影响对于电流差动影响最大，其主要原因是变频器的工作频率范围很宽泛，在低频情况下容易引起常规CT饱和，电流测量值偏差较大。同时常规的电动机差动保护是按照工频50Hz设计的，不能适用于宽频率工作范围。在此情况下，传统的电流差动保护不得不退出运行，而改用灵敏度较差的电流速断保护作为变频电动机的主保护。

基于变频电源对普通电动机主绝缘和匝间绝缘的危害很大[7] [8]，所以给变频运行下的保护装置提出了更多的技术要求，需要更完善可靠的电动机保护，在差动主保护设置的前提下，还应该考虑匝间绝缘故障的逻辑判断，比如设置变频电动机的匝间保护。

3.保护功能设置

3.1差动保护

图2 电动机工频及变频工况下保护配置图

为了保证内部故障时差动保护灵敏动作，同时防止外部故障时及电动机起动时暂态不平衡电流引起的误动，北京四方公司CSC236D/B变频电动机保护装置，包含变频差动保护和变频后备保护，从而给予变频运行电动机完善的保护。

同时，专门研发设计适用于变频电动机的宽频率范围的CT，此 CT在宽范围都有良好的线性度，完全满足变频电动机保护采样的需要[9]。

3.2后备保护

为了变频运行时，有相应的后备保护反映电机的各种异常运行状态，需要设置有速断过流、过流保护和负序保护功能，用于检测电机的堵转、匝间等故障。

后备保护实时检测变频电动机运行频率，并计算对应的电流有效值，判别电机状态。当电机工频启动时，对应的保护功能退出，此时考虑采用电机原综保装置来完成后备保护。

当电动机在变频方式运行时，如果发生匝间故障，故障电流水平与发生故障时刻频率的大小有关系，为了提高负序电流保护对匝间故障的灵敏度，设置有多段定值，检测不同频率下的匝间故障。

4.结语

通过以上几方面的研究，我们可以得出如下结论：

1）电力逆变技术的应用给电气绝缘技术带来了新的问题，需要更多的认识和研究。国内外，大批变频调速电机绝缘过早破坏的现象不断出现，有些变频电机的寿命只有1到2年，甚至有些在试运行期间电机绝缘就被击穿破坏，而且击穿通常发生在匝间绝缘；

2）在笔者和一些电厂用户的交流中发现，部分技术人员觉得变频运行的电动机，处于低电压、小电流环境中，故障发生几率会大大降低，觉得没有必要安装变频电动机保护，这其实是不合适的；

3）在条件允许的情况下，现场需要进行变频改造的的电动机，应该使用专用的变频电动机，从电动机本体绝缘及结构等方面给予重视；

4）基于以上分析的研究，必须增设变频电动机保护装置，其包含变频差动保护和变频后备保护，来更好的保护变频运行的电动机。

5）北京四方公司CSC236D/B变频电动机保护装置，包含变频差动保护和变频后备保护，经过现场的实际使用，装置运行良好，可以给予变频运行电动机完善的保护。

参考文献：

[1] 亨都，电动机因经受变频器快速脉冲而产生的匝绝缘老化，绝缘材料通讯，2005，5

[2]于钦学，任文娥，SPWM变频调速电动机线圈局部放电的测量，电工技术学报，2006，21（1）

[3]孙雅玲，冲击电压对高压交流电机定子绕组匝间绝缘的影响，防爆电机，2005，40（122）

[4]张超，张艳艳，黄生睿.大容量变频器对电动机继电保护的影响EJ3，继电器，2007，35（17）

[5]马晋辉，高压变频器工频旁路设计及保护配置整定，继电保护与自动装置，2008，27（13）

[6]张继业，高压变频装置对电动机及继电保护影响的探讨，第二届工业企业节电技术研讨会论文集

[7]陈迎松，变频电源对普通电动机绝缘的危害，漯河职业技术学院学报（综合版），2004，3（2）

[8]孙雅玲，大型交流变频调速同步电机绝缘体系及应用，大电机技术，2003，1

[9] CSC236DB变频电动机保护说明书

[10] SFW继电保护技术规程GB14285-2004（2005，9，26）

第6篇：三相异步电动机论文范文

[论文摘要]低压电网如何有效保持良好的工作状态，降低电能损失，与电网稳定工作、电力设备安全运行、工农业安全生产及人民生活用电都有直接影响。分析无功补偿的作用和主要措施。

无功补偿是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低电能的损耗，改善电网电压质量。

从电网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤其是以低压配电网所占比重最大。为了最大限度的减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配

置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。

一、低压配电网无功补偿的方法

随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。

随器补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

跟踪补偿：跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。

二、无功功率补偿容量的选择方法

无功补偿容量以提高功率因数为主要目的时，补偿容量的选择分两大类讨论，即单负荷就地补偿容量的选择（主要指电动机）和多负荷补偿容量的选择（指集中和局部分组补偿）。

（一）单负荷就地补偿容量的选择的几种方法

1．美国：Qc=（1/3）Pe

2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe

3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)Io-空载电流=2Ie(1-COSφe)

若电动机带额定负载运行，即负载率β=1,则：Qo根据电机学知识可知，对于Io/Ie较低的电动机（少极、大功率电动机），在较高的负载率β时吸收的无功功率Qβ与激励容量Qo的比值较高，即两者相差较大，在考虑导线较长，无功经济当量较高的大功率电动机以较高的负载率运行方式下，此式来选取是合理的。

4．按电动机额定数据计算：

Q=k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)

K为与电动机极数有关的一个系数

极数：246810

K值：0.70.750.80.850.9

考虑负载率及极对数等因素，按式（4）选取的补偿容量，在任何负载情况下都不会出现过补偿，而且功率因数可以补偿到0.90以上。此法在节能技术上广泛应用，特别适用于Io/Ie比值较高的电动机和负载率较低的电动机。但是对于Io/Ie较低的电动机额定负载运行状态下，其补偿效果较差。

（二）多负荷补偿容量的选择

多负荷补偿容量的选择是根据补偿前后的功率因数来确定。

1．对已生产企业欲提高功率因数，其补偿容量Qc按下式选择：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km为最大负荷月时有功功率消耗量，由有功电能表读得；Kj为补偿容量计算系数，可取0.8～0.9;Tm为企业的月工作小时数；tgφ1、tgφ2是指负载阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2=Q2/P；tgφ（UI）可由有功和无功电能表读数求得。

2．对处于设计阶段的企业，无功补偿容量Qc按下式选择：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn为年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75;Pn为企业有功功率之和；tgφ1、tgφ2意义同前。tgφ1可根据企业负荷性质查手册近似取值，也可用加权平均功率因数求得cosφ1。

多负荷的集中补偿电容器安装简单，运行可靠、利用率较高。

三、无功补偿的效益

在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。

（一）节省企业电费开支。提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，因为国家电价制度中，从合理利用有限电能出发，对不同企业的功率因数规定了要求达到的不同数值，低于规定的数值，需要多收电费，高于规定数值，可相应地减少电费。使用无功补偿不但减少初次投资费用，而且减少了运行后的基本电费。

（二）降低系统的能耗。补偿前后线路传送的有功功率不变，P=IUCOSφ，由于COSφ提高，补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1,为分析问题方便，可认为U2≈U1从而导出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1,这样线损P减少的百分数为：

ΔP%=(1-I2/I1)×100%=（1-COSφ1/COSφ2）×100%

当功率因数从0.70～0.85提高到0.95时，由上式可求得有功损耗将降低20%～45%。

（三）改善电压质量。以线路末端只有一个集中负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X,有功和无功为P、Q,则电压损失ΔU为：

U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV)两部分损失：PR/Ue输送有功负荷P产生的；QX/Ue输送无功负荷Q产生的；

配电线路：X=（2~4）R，U大部分为输送无功负荷Q产生的

变压器：X=（5~10）RQX/Ue=(5~10)PR/Ue变压器U几乎全为输送无功负荷Q产生的。

可以看出，若减少无功功率Q,则有利于线路末端电压的稳定，有利于大电动机的起动。

（四）三相异步电动机通过就地补偿后，由于电流的下降，功率因数的提高，从而增加了变压器的容量，计算公式如下：

S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]

如一台额定功率为155KW水泵的电机，补前功率因数为0.857，补偿后功率因数为0.967，根据上面公式计算其增容量为：（155÷0.857）×[（0.967÷0.857）-1]=24KVA

四、结束语

在配电网中进行无功补偿、提高功率因数和做好无功优化，是一项建设性的节能措施。本文简要分析了三种无功补偿的方法和两种无功功率补偿容量的选择方法以及无功补偿后的良性影响。在实际设计中，要具体问题具体分析，使无功补偿应用获得最大的效益。

参考文献：

第7篇：三相异步电动机论文范文

论文摘 要：该文根据中职《电气控制》课程教学的现状，在教学内容、教学形式、教学环境、评价方式开放的前提下，提出了实施开放式教学模式的三个策略，为培养中职生的职业能力作出努力。

随着教育改革的不断深入，中职学校都在改变传统的教学模式，优化教学内容，创新教学手段、教学方式，努力培养符合企业要求的技术人员。作为电气类专业教师，我在努力探究适合中职生实际的教学模式。该文以《电气控制》课程的教学为例，谈谈该课程在教学中采用开放式教学模式的策略。

1 中职《电气控制》课程教学的现状

《电气控制》课程是电气类、机电类专业的一门必修专业课，是为学生毕业后从事电气控制系统安装、维修、管理等工作提供必要的知识和技能。从许多中职学校《电气控制》课程教学情况来看，该课程的教学主要集中在理论知识介绍与实训器材的使用上，对理论与实践的有机结合是远远不够的。采用的教学方式是先理论知识授课，后技能实训。教学环节在时间与空间上安排是分散的，理论课和实训课存在着课时分配不合理的现象；从毕业生就业后的跟踪调查来看，这些学生毕业后进入工作单位，不能完整认识电气控制线路中的元器件，在设备安装时也无法达到要求，更无法进行控制系统的设计开发。这说明我们的课程教学模式过于单一，强调课堂灌输，理论与实际相脱离，造成学生知识面过窄，适应环境的能力较弱。这种教学模式已经不能满足学生就业的要求。

2 开放式教学模式的涵义

开放式教学模式是指在教学中，以学生为中心，以学生发展为宗旨，注重理论和实践相结合，培养学生掌握有效的学习方法，促进学生全面发展的教学模式。开放式教学要求教学内容、教学形式、教学环境、课程评价方式都具有相应的开放性。

1）教学内容的开放性。随着电气控制技术的迅速发展，《电气控制》课程的教学内容必须做到不断更新，这样才能培养出适合行业发展需要的技术人员，这就是教学内容的开放性。教学内容的开放性要求教师了解当前电气控制技术发展状况，在教学时选用合适的教材和辅导用书，并重新整合与优化教材的教学内容，或编写了具有本专业特色和适应本专业发展的校本教材，才能实现教学内容的开放性。

2）教学形式的开放性。由于《电气控制》课程具有基础性与实践性并重的特点，在教学中充分利用学校已有教学资源，并根据行业的发展情况，自制实训接线板、排故线路板、电气控制实训台，同时，还要选购相关实训设备，丰富教学资源。学校可以让学生走出校门，走向企业，在真实的生产场景中学习知识，提高实际操作能力，这就是教学形式的开放性。教学形式的开放性要求教师善于使用各种实训设备，在教学中能充分运用各种教学资源创新教学，这是实现教学形式开放的基础。同时，教师要努力改变学生把教材知识作为唯一的知识内容，把教师作为知识、智慧的唯一源泉，把学校、课堂作为唯一的学习场所的封闭式的学习理念，倡导学生在广泛的教育资源背景下进行自主学习、主动

学习。

3）教学环境的开放性。随着科学技术的不断发展、新的教学理念也在不断衍生，必将把越来越丰富的教学资源和具有特定教育功能的教育环境带入教学活动之中。课堂教学、多媒体模拟教学、模拟企业生产场景实训、到企业顶岗实习等都是中职学校常见的教学模式，这里所说的课堂、实训室、企业都是教学环境，《电气控制》是一门理论与实践结合非常紧密的课程，这就要求学生在学习时要积极思考、勤于动手，教师在选择教学模式时要根据教学内容尽量把课堂搬到实训基地或企业中，让学生与机器设备为邻，在开放的教学环境中完成学习，这就是教学环境的开放性。教学环境的开放性，要实现理论课、操作课在同一个空间内完成的目的。在教学现场布置各种元器件、线路样板、机床排故设备以及有关机床线路的挂图等，营造了优良的课程学习环境。上理论课时，不仅有传统的板书教学手段，还有实物可以加以利用讲解，也可用多媒体进行演示。合理安排实训课的课表，将理论学习和技能操作紧密的结合在一起，杜绝理论课和实训课课程分离的现象。例如：在学习了接触器联锁正反转控制线路的理论知识之后，就可以在就近的实训区域通过操作，完成实训任务，使理论教学与实训操作融为一体。在这种环境下，学生能顺利地在同一空间内完成理论学习与技能操作。

4）课程评价方式的开放性。课程目标最终将由学习的结果来体现，不能没有结果的学习，也不能学习没有结果。传统的课程评价就是单纯的考试成绩，学生为应付每学期最后的一次考试而背着沉重的负担。要想全面提高学生素质，每门课程的评价都要给学生全面发展留有充足的时间和空间，也就是要构建让学生享受成功的评价。这就是课程评价方式的开放性。课程评价方式的开放性，要求教师对学生在《电气控制》课程学习的全过程进行评价，包括课堂问题回答的积极性及正确性、作业完成情况及完成质量、实训项目完成情况及完成质量等，并随时记录评价结果。在评价时要少批评多激励，让学生感到自己可以学好。在期末，学校组织学生参加维修电工初中级考试，获取技能等级证书。通过考证来检查学生的学习效果。

3 《电气控制》课程采用开放式教学模式的策略

开放式教学模式体现在各个教学环节中，教师要根据教学环节的不同，采用不同的策略，才能真正实施开放式教学，提高教学效果。

1）课堂教学采用项目教学法。在课堂教学中，要体现教学的开放性，必须以学生为主体的教学理念，项目教学法是一种以学生为主体的教学方法。首先根据教学要求将教材内容项目化，然后编写项目任务书。在教学过程中，学生在任务驱动下，制定项目计划，完成相应操作，当学生完成相应操作后，项目评价则采用小组同学之间互评或教师评价等方法进行。在完成项目任务过程中，教师的作用是组织、指导，项目教学法发挥学生的主体作用，体现“做中学，学中做”的教学特点，体现教学的开

放性。例如：学习常用主令电器的基本知识，具体教学实施步骤如下：①任务要求：熟悉主令电器的用途、会正确选用主令电器。②任务内容：主令电器的结构及用途、主令电器的符号和型号、主令电器的选用。③知识解读：按钮的结构及用途、按钮的符号和型号、行程开关的结构及用途、行程开关的符号和型号。④任务实施：主令电器的选用、主令电器的安装、主令电器的常见故障及处理办法。⑤任务评价：对常用主令电器的基本知识掌握情况、是否会选用、安装常用主令电器。

2）实训教学采用“先动手，后理论，做中学”。实训教学是培养学生操作技能的重要途经。为体现实训教学的开放性，在实训教学中可采用“先动手，后理论，做中学”的教学模式，即先给出实训任务，让学生先自行摸索，当学生完成任务，或因学生缺少理论知识无法完成任务时，教师再讲解理论，这样让完成任务的学生能感受探索成功的喜悦，并把理论与实践结合起来，让无法完成任务的学生能在理论指导下完成实训任务。这种“先动手，后理论，做中学”的教学模式是目前中职学校在广泛推广的教学模式。例如：安装三相异步电动机接触器联锁正反转控制线路，具体教学实施步骤如下：①让学生尝试自行分析线路的工作原理、装接控制电路和主电路。②让学生使用万用表检测线路，确认检测无误后，进行空载和带载试车。③教师解读知识点，分析控制线路的工作原理和安装方法。④根据教师的讲解，学生进一步检测控制线路，完成空载和带载试车。在教学过程中，让学生自己先动手操作，培养他们的线路安装能力。当操作过程出现问题时，教师再讲解理论，让学生在理论指导下，再探索解决问题的办法。整个过程中学生是主角，教师只起帮助、指导作用。

3）引导学生采用小组合作方法学习。传统的“秧苗式”座位方式和单一的教学方式，让学生之间缺乏互相合作的机会，对学生的合作学习有阻碍作用。在教学中，可引导学生自愿组合，以2～3人为一个小组，实施小组合作学习。通过合作学习，鼓励学生发挥自我意识，表现自己，并学会尊重别人意见，欣赏别人，增强合作精神，共同完成学习任务。例如：在安装三相异步电动机星—三角减压起动控制线路时，小组进行分工合作：有的安装元器件、有的装接控制电路、有的装接主电路，一起调试、检测，形成互补学习。并以小组为单位，向全班汇报小组意见，接受其他同学的质疑与教师的点拨，在和谐、自由的讨论中得到问题的结论。这一过程中，让每一个学生都主动参与，体验成功，感受集体力量，感受到自己被尊重，从而提高自信心，提高学习兴趣。同时，有助于增进团体合作的信心和兴趣，有利于学生之间互相取长补短，有利于培养学生的集体荣誉感，有利于提高既合作又竞争的现代企业意识。苏霍姆林斯基说过：“应该让我们的学生在每一节课上，享受到热烈的、沸腾的多姿多彩的精神

生活。”

因此，《电气控制》课程构建开放式的教学体系，优化课程教学内容与课程培养体系，突破教学课堂的限制，实施开放式教学模式，让学生大胆地把个性展现出来，这对中职生今后的职业发展有着重要的

作用。

参考文献

[1] 余胜泉.论教学结构[J].电化教育研究，2003（6）.

第8篇：三相异步电动机论文范文

【关键词】感应电机；磁链检测；观测器；滑模观测器；神经网络

一、引言

近年来，在交流调速领域矢量控制和直接转矩控制获得了巨大的发展并得到广泛应用，这两种控制策略都能使感应电机中耦合的电磁转矩和磁链达到与直流电机类似的解耦状态。这样可以将感应电机结构上的可靠性与直流电机控制上的简单有效结合起来，使传统上可靠耐用但控制性能较差的感应电机在很多高性能应用场合代替了传统上控制性能最好的直流电机。

要实现电磁转矩和磁链的解耦控制，必须得到足够精确的磁链检测值。最初矢量控制曾采用在电机槽内埋设线圈或在定子内表面设置磁敏元件的方式来直接检测气隙磁链信号，间接推算转子磁链或定子磁链，这种方式有不少工艺和技术问题，转速越低齿槽造成的检测信号脉动影响越严重，磁敏元件输出信号受温度影响大[1]。实际中大多采用间接计算的方法，即根据感应电机数学模型导出磁链与较容易获得的电压、电流及转速间的数学关系，以此实时计算磁链。由于磁链在控制中处于被检测反馈的地位，一般也将间接计算磁链称为检测磁链，在本文中，检测磁链就是指间接计算磁链。

由于使用电机的数学模型来计算磁链不可避免地用到电动机的定子参数和转子参数，所以使用的电机参数是否准确决定磁链估计是否准确。而感应电机的定子和转子参数是时变的，比如与启动时相比，感应电机运行时定子电阻的变化量能超过50%，而转子电阻的变化量能超过100%[2]，因此怎样准确检测磁链，或者减小甚至消除不准确的参数对计算磁链造成的影响是十分重要的问题。

一般来说在感应电机的矢量控制和直接转矩控制中，需要检测的磁链是转子磁链或定子磁链。无论对于转子磁链还是定子磁链，检测磁链的基本方式都有电流模型法和电压模型法[3]。电流模型根据定子电流和电机转速的测量值来估计磁链，计算中的传递函数有负的极点，观测值渐进收敛，但涉及到转子时间常数这个易受电机运行条件影响的慢时变参数，需要对转子参数进行实时辨识。电压模型用对反电势积分的方法来估计磁链，只需测定定子电压和电流不需要电机转速，不涉及最容易变化的转子参数，但由于纯积分环节的误差积累和漂移问题可能导致系统的不稳定，尤其在低速时由于定子电阻压降明显，反电势容易被测量误差淹没，观测精度低，另外定子电阻在变化严重时还需实时辨识。为了弥补电流模型和电压模型的缺点，有学者提出了组合使用电流模型和电压模型的方法，在低速时主要采用电流模型而在高速时主要采用电压模型。也有许多针对电压模型的改进，如使用惯性环节代替纯积分并补偿幅值和相位。以电流模型法和电压模型法为代表的这些方法，对于计算磁链而言没有形成检测量的反馈，因此将这些方法归类于磁链的开环检测方法。[4、5、6]

磁链的开环检测方法缺少对各种干扰的抑制。在控制系统中抑制干扰最有效、最简单的方法是引入反馈措施，本文讨论的检测磁链的几种方法通过引入反馈来抑制扰动，可以归类于检测磁链的闭环方法。本文主要讨论的磁链检测方法有：（1）使用电流反馈的改进的电压模型法；（2）现代控制理论的观测器法；（3）滑模观测器法；（4）人工神经网络法。这些闭环检测磁链方法易于理解，算法较为简单，比较适合实际应用。本文的目的在于推广比开环检测磁链方法性能更优秀的闭环检测磁链方法，这四种方法都取自有实验验证的国内外优秀论文，具有一定的参考价值。

二、使用电流反馈的改进的电压模型法

电压模型法检测定子磁链如（1）所示。由于引入了纯积分，电压模型不能抑制初始误差和积累误差，容易引入直流偏移。为抑制干扰减少误差，可以参考无负载时定子电流与磁链的关系在电压模型中加入电流反馈，如（2）所示[2]。其中s为定子磁链，us为定子电压，is定子电流，Rs为定子电阻，箭头表示矢量，“^”表示电流估计值，上标“*”表示定子电阻的实时辨识值。

如何选择滑模观测器的增益是一个比较麻烦的问题，比如滑模观测器a中的矩阵K和L，滑模观测器b中的k1和k2。严格来讲需要从数学上求解观测器的收敛条件，但在多数情况下这是难以完成的，往往通过计算机仿真来观察选择不同增益对计算效果的影响，并在实验中加以验证。

五、人工神经网络法

人工神经网络（ANN）也可简称为神经网络（NN），可以被看作是一种通用的估计手段。神经网络仿照人类脑部神经组织，一般使用多层的神经元来近似复杂函数。ANN具有学习能力和适应能力。当需要近似的动态过程或控制律只有部分可知或数学表达非常复杂时，ANN的学习能力使其显得非常有效。而ANN的适应能力使其经过有限数据集的训练就可获得希望的特性。[11、12]

ANN具有密集的神经元连接，一般每个神经元具有多个加权输入项和一个输出，这个输出可以作为多个神经元的输入。神经元的计算过程是先将输入乘以输入通道的权值，再将所有输入的加权结果累加，再将累加结果输入该神经元的非线性激活方程，最后将激活方程的计算结果经输出通道送出。神经元的数学模型如：

使用较多且研究最为成熟的神经网络是BP神经网络，也称前向神经网络，为分层结构，包括输入层、隐藏层和输出层。输入层并不进行运算，直接将输入送给第一层隐藏层，每个隐藏层和输出层的神经元都会进行各自的运算。ANN具有的“知识”是通过学习算法在训练中获得。在训练过程中通过误差反馈来调节各层神经元的输入通道权值，直到误差小于某目标值。

使用ANN来估计磁链可以避免由磁链计算式的数学特性带来的缺点。这里介绍一种简单的检测感应电机磁链的BP神经网络结构，如图1所示，图中用圆圈代表神经元，uAs和uBs是三相定子电压的两相，iAs和iBs是三相定子电流的两相，ω是电机转速。该神经网络结构具有两个隐藏层，输入层有五个神经元接收电机的五个可测量，输出层有两个神经元，输出ψAs和ψBs是三相静止坐标系中定子磁链的两相，也可以换成转子磁链。

在选择ANN的结构时需要注意，太少的神经元将导致训练算法很难收敛，即学习能力较差，而过多的神经元会导致ANN的适应性降低，达到同样的效果需要更多的训练样本数据。可以看出这种检测磁链的方式与电机的数学模型没有任何关系，对电机参数变化不敏感，更不涉及坐标变换。

ANN的一个关键问题是对神经网络进行训练，现在比较方便的做法是用带有神经网络工具的仿真软件如Matlab/Simulink，使用理想的仿真模型搭建目标交流调速系统，将感应电机理想的检测数据（包括理想的磁链数据）馈入ANN的仿真模型，进行离线训练。训练完成后将ANN的权值数据导出，编程实现对磁链的实时检测。训练ANN的算法有很多种，这里不再介绍。

本文将图1所示的人工神经网络检测磁链方法归入检测磁链的闭环方法，理由如下。考虑磁链检测的开环方法，在电压模型中只用电压和电流即可计算磁链，说明电压和电流中已包含了计算磁链所需的全部变量信息，在电流模型中只用电流和转速，说明电流和转速也包含了计算磁链所需的全部变量信息。在图1所示的人工神经网络检测磁链方法中，输入包括了电压电流和转速，对计算磁链而言这些输入中包含的信息是冗余的，可以认为冗余的信息起到了反馈比较和校正的作用，因此可以认为该方法是闭环方法。

六、结束语

本文介绍了四种检测感应电机磁链的闭环方法，经过调整变形，或经过三种磁链（定子磁链、气隙磁链和转子磁链）间的相互推算，这些方法可以用于检测感应电机的任意磁链。

在使用电流反馈的改进的电压模型法中，由于定子电流给定值的求解仅是从空载时的磁链方程出发，所以电流误差很难完全消除，影响磁链估计误差的收敛性。但这种方法可以方便的辨识定子电阻。

现代控制理论的观测器法包含了定子电流的反馈，给出了观测器的误差方程，在数学上保证了检测磁链算法具有很好的收敛性，多个可变参数的影响受到抑制。

滑模观测器法设计实现较为简单，鲁棒性好，收敛速度快，但其动态的理论分析较为困难，为保证计算稳定收敛经常需要大量的仿真来确定滑模观测器的增益矩阵。

人工神经网络法检测磁链与电机方程和参数都无关，对干扰和参数准确性不敏感。

在不同的应用条件下，这些方法的优劣可能不同，应综合考虑，选择合适的方法，并作调整改进。另外这些方法仅仅是各自核心理论的一种应用方式，也许现在已有了类似但更优秀的磁链检测方法。

为进一步提高检测磁链的精度，应进一步降低参数不准和变化带来的估计误差，需要对电机参数尤其是定子电阻和转子时间常数进行实时辨识。

参考文献

[1]金海.三相异步电动机磁链观测器与参数辨识技术研究[D].浙江大学博士，2006.

[2]Epaminondas D.Mitronikas，Athanasios N.Safacas.An Improved Sensorless Vector-Control Method for an Induction Motor Drive[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2005，52（6）：1660-1668.

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第9篇：三相异步电动机论文范文

论文摘要：中职电工电子专业正面临新的考验。根据国际国内形势、市场需要，寻求合理科学的电工电子教学改革方案迫在眉睫，本文就电工电子专业课程设置，实习方法以及师生的评价方式做了阐述。

1 中职电工电子专业面临崭新的形式

1.1 政策和形势分析 电子信息是新兴的高科技产业，是符合政府倡导的低碳产业，有“朝阳产业”之称，具有天然的发展优势，有着巨大的潜力和广阔发展前景，必然会成为世界第一大产业，各行业大都需要电子信息工程专业人才，有薪金高、工作环境优雅的特点。2009.4.16国务院公布了备受关注的《电子信息产业调整和振兴规划》（以下简称《规划》），《规划》指出，未来三年，电子信息产业销售收入保持稳定增长，产业发展对GDP增长的贡献不低于0.7个百分点，三年新增就业岗位超过150万个。《规划》具体来说，要围绕九个重点领域展开：要确保计算机、电子元器件、视听产品等骨干产业稳定增长，增强计算机产业竞争力，加快电子元器件产品升级，推进视听产业数字化转型；要突破集成电路、新型显示器件、软件等核心产业的关键技术，完善集成电路产业体系，突破新型显示产业发展瓶颈，提高软件产业自主发展能力；要在通信设备、信息服务、信息技术应用等领域培育新的增长点，加速通信设备制造业大发展，加快培育信息服务新模式新业态，加强信息技术融合应用。2012年是电子信息产业发展机遇与挑战并存的一年。全球金融危机的压力有所缓解，我国经济，乃至世界经已走出低谷，在各级政府及企业积极努力、采取各种有效应对措施的情况下，全行业发展将存在较大的空间和机遇。从政府层面看，我国政府为抵御国际经济环境对我国的不利影响，实行了积极的财政政策和适度宽松的货币政策，出台了更加有力的扩大内需措施，为产业发展创造良好机遇。从战略层面看，信息化和工业化融合，为产业优化升级提供了有利环境，表现在以下两个方面：一是党的十七大提出要大力推进信息化和工业化融合，加快推进电子信息产业改造传统产业的步伐。工业和信息化部成立后，大力推进信息化和工业化融合发展，积极推动工业结构优化升级，抓住重点领域和关键环节，加快转变工业经济发展方式。因此，各领域的科技发展及信息化应用水平仍将进一步提升，为电子产品的应用和开拓工业软件市场，创造了新的巨大空间。

1.2 人才需求分析 《河北省工业和信息化发展“十二五”规划》是我省全面建设小康社会的关键时期，也是加快调整产业结构，转变经济发展方式，走新型工业化道路的攻坚时期。改造提升传统产业，培育发展战略性新兴产业，加快推进国民经济和社会信息化，实现由工业大省向工业强省的跨越，是我省面临的主要任务。平板显示项目推进半导体照明向通用照明、背光源、汽车照明等新的应用领域发展，重点开发白光、高亮度及功率发光二极管光源、城市照明及景观光源、铁路和公路信号显示系统以及高档、智能、大型美化装饰显示系统；推进应用电子，支持网络、医疗、安防、汽车、电力等领域应用电子产品的研发与产业化；发展电子专用设备，培育光伏产业、半导体照明产业智能测控设备仪表的开发和产业化。

根据对调研资料的分析，可以看出应用电子行业人气旺盛，职位有电子工程师、产品设计工程师、电子维修工程师、项目工程师等。电子工程师的主要职责是进行产品的电路设计等，必须熟悉模拟、数字电子技术，熟悉各种电子元器件，精通常用单片机的应用。企业招聘时通常要求有应用电子技术、电气自动化等专业背景。现代化的企业和新型的电子行业，如电子产品生产厂家和技术服务型公司需要大量的电子产品设计、生产、组装、调试、操作、维护、销售等方面的应用性人才。

2 中职电工电子专业课程的教学改革

2.1 课程体系 德国“双元制”课程体系编排强调以工作过程为导向，针对企业职业岗位的工作顺序来编排相关的课程，构成了一个与实际职业活动过程相符合的“学习领域”课程序列。德国马格德堡技术应用大学的《机电一体化专业》共14个“学习领域”课程，包括机电系统组成、综合技能和技能拓展三个方面。①机电系统设置“机电系统、电子系统、电气液组件系统、数据处理系统、自动化控制系统、通讯系统”6个学习领域课程；②综合技能设置“机电一体化系统设计与制作、机电设备安装与调试、系统维护与故障诊断3个学习领域课程；③技能拓展设置“工作计划组织与结果评估、质量管理、企业内部信息交流、客户信息交流、机电系统交付使用”5个学习领域课程。

借鉴德国的双元制结合我国我省的实际情况我认为中职电工电子专业建立如下的课程体系较为合理：

2.1.1 知识目标 ①掌握钳工、电工基本操作方法和操作技术。②能独立完成室内线路的安装与维修。③掌握电动机的安装方法。④掌握三相异步电动机检修和其他常用电动机的维修和检修方法。⑤掌握电力变压器的维护方法。⑥能正确使用常用电工仪表和常用电子仪表。⑦能正确安装、调试和维修基本电子电路。⑧掌握常用低压电器的功能、结构、基本原理、选用原则及其拆装维修方法。⑨掌握电动机基本控制线路的构成、工作原理、分析方法及其安装、调试与维修。⑩掌握常用生产机械电气控制线路的方法及其安装、调试与维修。■了解PLC的基本构成和工作特点。■熟悉PLC的基本指令和编程方法。■了解以PLC为核心的控制系统的组成和编程技巧。

2.1.2 能力结构及要求 ①掌握电工、电子线路的基础知识；②掌握电子设备、电子产品常用元器件及材料的基本知识；③具有操作和使用常用电工、电子仪器、仪表的能力；④具有阅读电子整机线路和工艺文件的初步能力；⑤具有电工、电子产品生产工艺管理的初步能力；⑥具有电工、电子设备、电子产品装配、调试、检测、销售与维修的技能；⑦具有操作、使用与维护较复杂的电子设备的能力，具有操作、使用与维护较复杂的电子设备的能力。⑧具有操作、使用与维护一般电工设备的能力。⑨具有初级使用计算机的能力。

2.2 教学模式 项目课程教学模式为主，以典型产品或服务为载体让学生学会完成完整工作过程的课程模式。项目可理解为一件产品的设计与制作，一个故障的排除，一项服务的提供，强调应用技能获得产品。项目课程的开发以典型工作任务为逻辑主线，资讯、决策、计划、实施、检查、评估6个步骤进行开发。教学过程体现以学生为主体在教学过程中，教师和学生的角色在转变，教学从知识的传授者转变成为教学组织、知识传授、问题咨询与技术指导者，学生则从知识的接纳者转变为学习活动的主体与主人，体现教师与学生共同探讨和全程参与过程，让学生在富有吸引力、好奇与感性的氛围中获取今后职业生活的“钥匙”，真正实现教学主体由教师向学生的转变，由教学行为向学习行为的转变。

2.3 采取多种实训途径 采取多种实训途径，强化学生职业能力与综合职业素质培养。①校内实验实训室。②校办经济实体（实习公司）。③送往地区性行业协会教育实习中心。④社会各类企业。

3 中职电工电子专业教学评价体系改革

3.1 评价与考核目的 鼓励学生积极参与、激发兴趣、体验成功，培养其热爱专业、勇于创新、乐于实践等多方面的综合素质。

3.2 评价与考核的原则：开放式与多元化相结合的原则 ①阶段性评价与终结性评价相结合；②小组评价与个体评价的结合；③理论与实践一体化评价；④建立各门课程所特有的评价框架。

3.3 评价与考核方式 在德国，不举行结业考试，只有期中考试和毕业考试两次。期中考试一般在第二学年结束时进行，包括理论和实训考试。毕业考试则在学习结束后进行，由德国行业协会负责实施，全国统一考试，包括理论和技能考试。我认为我们国家也该努力建立健全各专业各工种考核机制和考试体系，如果就目前只由各个学校自己考核，标准很难统一，考核过程很难做出合理、客观评价。基于此点我国重新出台行业规范和技能标准并实质性落实就尤为重要。

3.4 以虚拟、模拟及仿真的实训条件建设 采用虚拟、模拟及仿真等现代化技术手段，创造职业氛围，将大型机械设备设施虚拟、模拟及仿真到校内实训环境，解决一些项目实训的难题。

综上所述：中职电工电子专业必须紧紧把握时代脉搏，及时调整课程体系、教学方法、建立健全合理的考核体系。这样才能让这个专业能长久持续发展。

参考文献：

[1]《河北省工业和信息化发展“十二五”规划》.