三相異步電動機論文精選(九篇)

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第1篇：三相異步電動機論文范文

[關鍵詞]軟啟動控制器；電動機；節能啟動運行

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0089-01

三相異步電動機由于其具有結構簡單、運行可靠、檢修維護方便、以及價格便宜等優點被廣泛應用到各工程領域，作為電能轉換為其它能量的主要動力載體。眾所周知，電動機處于直接啟動運行工況時，其啟動電流一般可以達到額定電流的8倍以上，有的甚至可以達到15倍，強大的啟動沖擊電機會對電機供配電網、負載機械、以及電動機自身等造成巨大沖擊破壞，不僅會影響到電機系統以及其拖動的機械設備的綜合使用壽命，同時還會造成電機供電配電網電壓發生突降，直接影響到同一配電網中其它用電設備的高效穩定運行。電動機在額定負載率附近工況范圍內運行時，其效率較高，通常在80%左右；然而，當電動機拖動負載出現下降現象時，電機系統的運行效率也會隨之發生顯著下降。在電動機拖動系統選型設計時，通常都是按照系統最大負載和最壞運行條件情況來選定電機功率。在實際運行過程中，電機系統由于負載波動等原因，通常處于輕載（空載）或不均勻時變負載運行工況，導致電機運行在低效工況區，勢必會造成大量的電能損失和浪費，因此，提高電機啟動運行工況，保障整個電機系統具有較高的運行效率就顯得很有必要[1]。

1 電動機軟啟動及節能方法簡介

傳統的串聯電阻（電抗器）、并聯自藕變壓器、以及星型一三角形（Y-）等減壓啟動方式，不僅造價較高，而且電機在啟動過程中均會經歷一個由輔助供電系統到工頻供電系統的跳躍過程，使得電機系統中的某些特征電參量發生特變，不能穩定連續平滑調節啟動運行，容易導致電機系統發生機械或電氣故障，加上電機控制系統變得越來越復雜，這類控制方式經濟性能普遍較低，因此，其逐步被軟啟動控制系統所取代。

由于供電距離、電機功率等造成電動機直接啟動方式，不能滿足電機系統配電網電壓降要求時，為了確保電機高效穩定的啟動運行，應采取相應技術手段，通過降低電機定子電壓的啟動模式，達到限制啟動電流保障電機高效可靠啟動運行目的[2]。

基于電機控制系統中電動機啟動的主要特性和節能基本理論方法的基礎上，本文將對電機節能軟啟動器的邏輯結構和運行效果進行詳細探討。

2 節能軟啟動控制器在電機控制系統中的應用

2.1 系統功能單元組成

節能軟啟動器控制系統是綜合三相異步電動機啟動和運行保護為一體的節能保護啟動控制裝置，主要包括電動機軟啟動自動控制、系統輸出輸入能量平衡、以及電機故障保護等三大功能模塊，其具體邏輯工作原理框圖如圖1所示：

從圖1可知，當三相異步電動機處于起動過程時，控制系統各功能單元就會將電機機端的電壓、電流、以及轉速等信號經相應A/D模數轉換電路，轉換成相應的數據信號后送至控制系統中，與系統原始設定值進行動態比較分析后，計算獲得對應的電參量偏差和偏差化率值，然后形成對應的控制決策，通過控制系統觸發脈沖的寬度來動態調節晶閘管的觸發角大小，完成對電機啟動的實時控制。通過控制晶閘管觸發角的大小，達到改變晶閘管輸出電壓實現電機降壓軟啟動控制目的。從電動機啟動特性來看，電機起動過程中，晶閘管的觸發角會隨電機啟動過程的進行而不斷開打，從而實現電機從零轉速開始逐步加速無級平滑啟動控制運行。當三相異步電動機出現故障時，系統就會檢測到已成的工作電壓和電流值，控制系統就會通過保護電路完成電機保護跳閘操作，防止電機故障進一步擴大給電機系統帶來更加嚴重的危害，并能通過對應的可視化顯示界面，提醒運行人員對相關異常單元進行檢查，大大提高電機控制系統的人性化服務水平[3]。

2.2 軟啟動器PID控制

由于異步電動機控制系統是一個多參量、動態時變、非線性、強耦合的多階復雜大系統，很難利用一種簡潔的控制模型進行描述表達。PID控制系統可以通過內部電路自動分析獲得對應準確的控制信號，是現代控制系統中常采用的控制方式，其典型控制原理如圖2所示[4-5]：

2.3 應用效果分析

為了分析節能軟啟動控制器在三相交流異步電動機控制系統中節能降耗作用，在結合前面的理論分析的基礎上，通過相應的功能單元組合，形成對應的軟啟動控制系統，整個系統基本參數為：三相異步電動機額定功率為22KW，額定電流為44A，額定電壓380V，采用市電直接供電方式。按照圖1所示的結構將異步電動機軟啟動控制系統進行有效連接，通過電機控制系統中有無裝該節能軟啟動控制器進行比較試驗，獲得對應的試驗數據如表1所示：

從表1可以看出，在加上節能軟啟動控制器后，電機啟動工況特性得到有效改變，不僅降低電機的啟動電流（使其比額定電壓條件下的38.5A還低，僅為34.7A），有效避免了電機啟動時強大啟動電流對電網和電機的影響，同時還提高了電機系統的功率（從0.608提高到0.852），保障電機具有較高的工作效率，達到節能降耗的目的。

3 結束語

將以晶閘管為核心的節能軟啟動控制器應用到三相異步電動機控制系統中，可以有效解決了傳統異步電動機啟動運行性能水平較低的問題，達到了降低電機啟動電流、提高運行效率的節能降耗穩定經濟啟動運行目的。

參考文獻

[1] 徐甫榮，崔立.交流異步電動機啟動及優化節能控制技術研究[J].電氣傳動自動化.2003.25（l）：1-7.

[2] 高淑萍.智能型交流異步電機軟起動器的研究[碩士學位論文][D]，西安：西安理工大學，2004.

[3] 胡崇岳.交流調速技術[M].北京：機械工業出版社，2004.

第2篇：三相異步電動機論文范文

關鍵詞：FPGA SA4828波形發生器 三相交流異步電動機 變頻調速 SPWM

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0127-02

所謂變頻就是利用電力電子器件（如功率晶體管GTR、絕緣柵雙極型晶體管IGBT）將50 Hz的市電變換為用戶所要求的交流電或其他電源。它分為直接變頻（又稱交-交變頻）和間接變頻（又稱交-直-交變頻），后者又分為諧振變頻和方波變頻。方波變頻又分為等幅等寬和SPWM變頻。常用的方法有正弦波（調制波）與三角波（載波）比較的SPWM法、磁場跟蹤式SPWM法和等面積SPWM法等[3]。

本設計所設計的題目屬于間接變頻調速技術。它主要包括整流部分、逆變部分、控制部分及保護部分等。逆變環節為三相SPWM逆變方式。

1 系統簡介

1.1 交流異步電動機

三相異步電動機主要由定子和轉子兩大部分構成，定子是靜止不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子與轉子之間有一定的氣隙，以保證轉子的自由轉動。異步電動機結構如圖1所示。

1.2 SPWM技術

SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技術，即在PWM的基礎之上，改變調制脈沖的方式。脈沖寬度和時間占空比按正弦規率變化，這樣輸出波形經過適當的濾波就可以做到輸出正弦波。

產生SPWM信號的方法是用一組等腰三角波（稱為載波）與一個正弦波（稱為調制波）進行比較，如圖2所示，兩波形的交點作為逆變開關管的開通與關斷時刻。當調制波的幅值大于載波的幅值時，開關器件導通，當調制波的幅值小于載波的幅值時，開關器件關斷。

2 系統的硬件實現

基于FPGA的交流異步電動機的變頻調速系統，以FPGA為核心控制芯片，利用SA4828芯片產生SPWM波，再通過驅動電路驅動逆變開關。再加上電路，保護電路等，構成整個完整系統。

本設計為交流異步電動機的變頻調速，主要涉及主電路和控制電路兩大部分（如圖3）。

系統各組成部分簡介。

供電電源：電源部分因變頻器輸出功率的大小不同而異，小功率的多用單相220 V，中大功率的采用三相380 V電源。

整流電路：整流部分將交流電變為脈動的直流電，必須加以濾波。此處采用三相不可控整流，用不可控的二極管組成三相橋式整流電路。它可以使電網的功率因數接近1。

濾波電路：此處采用電壓型變頻器，所以采用電容濾波，中間的電容除了起濾波作用外，還在整流電路與逆變電路間起到去耦作用，消除干擾。

逆變電路：逆變部分將直流電逆變成我們需要的交流電。在設計中采用三相橋式逆變，開關器件選用全控型開關管IGBT。

以上四個部分組成主電路，其余部分為控制電路。

電流電壓檢測：一般在中間直流端采集信號，作為過壓，欠壓，過流保護信號。

控制電路：采用FPGA和SPWM波生成芯片SA4828，FPGA芯片選ALTER公司Cyclone Ⅱ系列芯片。控制電路的主要功能是接受各種設定信息和指令，根據這些指令和設定信息形成驅動逆變器工作的信號。這些信號經過光電隔離后去驅動開關管的關斷。從而得到與信號電路對稱的SPWM波。

此處選用電動機原始參數如下：

額定功率PN：7.5 kW；

額定電壓UN：380 V；

額定電流IN：15.6 A；

效率：86%；

功率因數：0.85；

過載系數：=2.2；

極對數：p=2。

3 系統軟件實現的實驗結果

電壓頻率曲線可以分為兩段，在額定電壓一下，電壓頻率成正比。當電壓上升到額定頻率后，不在上升。

對于恒負載時，由前面章節分析可知，電動機的轉速會與其電源頻率成正比。轉速與頻率的關系曲線如圖4所示。

4 結論

本文采用FPGA控制三相PWM波專用芯片SA4828。具有電源頻率可調，刪除窄脈沖，響應速度快，可現場編程等特點。最終驗證了系統的可行性和有效性。系統中還有過流保護和過壓保護等。還可以通過FPGA監視系統的其他故障，SA4828芯片還提供在緊急情況下急停的功能。在這種內部控制保護與電路保護相結合的方式，保證了電機的安全運行。

但系統也存在許多不足之處，如控制方案的實現不夠精確，FPGA芯片選擇上不夠經濟，檢測保護電路不夠完善，這些問題有待進一步研究解決。

參考文獻

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[4]梁昊.最新變頻器標準實施和設計[M].北京：電力出版社，2005（8）：125-136.

[5]楊小豹.基于FPGA的變頻調速控制[D].華僑大學碩士論文，2006.

第3篇：三相異步電動機論文范文

1.節能技術應用前提與原則

抽油機節能技術在油田推廣應用。一是在管理方面，推廣應用抽油機井系統優化軟件與單井自動化監控系統，從源頭把關，保證系統效率。二是在硬件方面，主要包括抽油機、電動機、控制柜節能技術應用；應用節能電機，如：高滑差電機、永磁交流電機、多繞組電機、雙轉子電機等節能技術；空抽控制柜、變頻控制器和無功補償箱等控制裝置。三是從全年費用“盤子”中，分離出專項費用，實現“專款專用”。選擇遵守以下基本原則：

優先原則：根據區塊實際特點，在保證油井最佳產能的前提下，優化參數設計、精確調整運行參數。

適用原則：通過現場適應性、實用性試驗，優選匹配最佳、節能效果最好的節能產品推廣應用，避免盲目引進。

主次原則：以節能電機為主，以節能控制箱為輔的原則，同時兼顧舊機型抽油機和普通舊電機的節能技術改造，充分合理發揮節能設備優勢，從而達到在較少資金取得較好的節能效果。

規模原則：節能拖動裝置在一定范圍內可降低電功消耗。

2.論證節能技術與試用驗證

2.1節能技術論證

一般用節能抽油機、控制箱等節能設備較多。篩選永磁電機、空抽控制器、低壓無功計量補償裝置等節能設備，并分段實施。

交流永磁電機 采用稀土永久磁鐵代替勵磁繞組激磁，沒有轉差損耗，定子電流減小，功率因數高，電機在負載變化和電網電壓波動時，不存在速度波動，沒有機械傳動過程損耗。

直流無刷永磁電動機 是一種典型的機電一體化結構。電動機定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。轉子上粘有已充磁的永磁體，為檢測轉子極性，在電動機內裝有位置傳感器（霍爾元件）。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等。

空抽控制器 是美國漢諾威專利技術，通過高分辨率傳感器檢測抽油機電機動力線電流、電壓及相位角，計算出電機運轉實時有功功率、無功功率，并根據抽油機上行、下行電流變化與抽油機加載、卸載過程的關系準確描述出抽油機加載及卸載過程的電流運行軌跡及加、卸載過程的時間變化，將采集到的數據存儲在主控制器的存儲區中，并對預置在芯片里的具有廣域代表性的數學模型進行個性化修正，找出真實反映每臺抽油機實際運行情況的電流、功率及負荷的變化規律，達到對抽油機智能化、科學化管理。通過科學控制間機抽井的啟、停狀態，防止油井空抽，達到節省能耗、降低磨損的目的。

抽油機變頻控制器 是一種輸出頻率可調的電力拖動設備，從電機轉速公式：N=60f/p×（1-S）得出，電機轉速與頻率成正比，電機在保持磁通量不變，在電壓與頻率之比為恒定值狀態，功率與電壓成正比，功率與頻率也成正比，下調頻率能降低電機輸出功率，達到節能的目的。

雙轉子柔性電動機 由兩臺同軸不同功率的異步電動機組成，互為主輔電機，不同負荷下分別對應著主電機、輔電機、主輔電機同時運行三種狀態。自動控制裝置可根據抽油機負載情況，控制運行狀態的轉換，使其運行在最佳狀態。

抽油機機井整體工藝參數優化 在保證產液量的情況下，抽油機井整體工藝參數優化技術采用損失功率最低或機械采油成本最低為原則的設計方法，合理優化抽油機井桿柱、管柱、泵型、電機、調整沖程、沖次等抽汲參數，使抽汲系統達到最優，能對對檢泵作業井的參數設計和新投產井機、桿、泵選擇及能耗進行預測和分析。

2.2試用驗證

2006年開始，組織各采油廠對永磁交流電機、摩擦換向式抽油機、智能變速多功率超高轉差電機、直流無刷永磁電機、空抽控制器等技術產品，選擇不同的油田、油井進行試裝；并對節電情況進行節能測試，作如下對比。

節能率測試結果對比

③.截止2009年底，在油田隨檢泵作業應用抽油機整體工藝參數優化技術600多口井次，實施優化后，泵徑增大130口井，泵徑減小52口井，沖次降低250多口井，沖次增大10口井，調大沖程16口井，應用小功率永磁電機178口井。

④.雙轉子柔性電動機：2007年現場試驗4口井，平均有功功率降低0.91kW，無功功率降低13.7kVar，運行電流降低20.54A，平均單井日節電38.84kwh，節電率達20%。

⑤.加裝抽油機空抽控制器、變頻器；摩擦換向式抽油機等技術改造后，節能效果也比較明顯效。

4.認識、體會與努力方向

機械采油是一個系統工程，應將采油工藝、油藏條件、地面設備、地面條件等有機結合起來，結合抽油機、油井效用年限，綜合考慮，才能取得最佳的經濟效益。

節能抽油機電機或節能控制裝置是可以降低電能消耗，降耗低碳是進一步提高抽油井效率的主要手段之一，但要增加技術與管理環節，系統可靠性要降低，維護管理成本會相應地增加，只有加大應用規模，取得規模效應，才能實現好的經濟和社會效益。

節能型抽油機是發展方向，能與油井負荷相匹配，并有完善的保護功能；有數據采集和存儲功能；聯網和通信功能以及遙控遙測功能；并能適應油田的野外環境要求，操作簡單，智能化程度高。

自動化控制是攻關方向。應用微型計算處理機和自動適應電子控制器進行控制、監測，具有抽油（液）效率高、節電、功能多、安全可靠、自動化程度高、經濟性好、適應性強等特點、功能。

參考文獻：

[1]于海迎.抽油機節能技術及其發展趨勢.石油和化工節能.2007. 2；

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[3]趙來軍，倪振文，職黎光，劉剛，黎若鵬. 抽油機變頻控制技術.采鉆工藝；

[4] 李玉生，王琪等. 淺談我國抽油機電控裝置的發展. 中國電工技術學會電力電子學會第八屆學術年會論文集. 2002；

第4篇：三相異步電動機論文范文

關鍵詞：基礎教學；專業教學；教學設計

在高等教育的課程中，從人才培養目標或是崗位就業的角度上來說，學生往往會有重視專業課忽略基礎課學習的情況出現，甚至有些專業課教師歧視基礎課教學的教師，認為他們缺乏專業技能與專業知識等。無論是課程設置還是教學本身，都不應該脫離學生的實際情況，更不該脫離教學本身，否則將會對學生的成長、學習和就業造成不良后果。在實際教學過程中，我一直沒有放棄基礎課程的教學與研究，這使得我在專業課程的理論教學中，特別是復雜且抽象的知識分析或是較難理解的程序編制中，都能夠有堅實的理論基礎，并且能夠較好的把基礎課程中的知識點，引入到專業課程的教學過程中。下面以具體《電器控制與PLC應用技術》課程中的課程內容“三相異步電動機的啟動控制線路”的教學設計過程為例，對于在專業課程的教學設計中引用并聯系基礎課程教學，與大家分享共同學習。

一主要教學內容

控制系統的最終對象就是電機。對于電機來說，主要是啟動、制動、正反轉控制。可列舉洗衣機的工作情況。引出問題：在生活中見到的啟動控制有哪些？引導學生思考：比如在大眾實習的生產線上都有哪些方式的啟動？結合學生所說的啟動現象，讓學生給不同的啟動控制起名字。再由教師總結具體啟動控制的方式分類，及優缺點。異步電機按照內部轉子結構不同分為鼠籠式和繞線式。工程實際多數使用鼠籠式，所以為教學重點。1.鼠籠式異步電動機直接啟動控制1）點動控制舉出生活中，機床中點動控制的例子。機床對刀等等。可舉例畢業時裝訂論文前，裁剪論文尺寸時對刀，就是點動控制。由于控制線路簡單，可直接要求學生根據控制原理圖，分析控制過程。2）連續運行控制引出問題：點動控制應用在啟動控制電路有什么缺點嗎？提示：按鈕和開關的區別。引出在實際生產中，往往要求電動機實現長時間連續轉動，即所謂的長動控制。根據電路以及長動控制的概念，引導學生總結出自鎖的概念，并指出電路圖中哪里是自鎖環節。3）給學生幾分鐘理解并記憶自鎖的概念，可找學生按照自己的理解說出自鎖的概念。強調這是考試必考內容，以及今后學習編程必有的環節。引導學生分析工作過程，學生分析講解啟動控制過程，教師總結。4）提問電路中需要加幾種保護？又由什么電器實現保護？（復習第一章內容）短路保護：短路時熔斷器FU的熔體熔斷從而切斷電路，起保護作用。電動機長期過載保護：電動機長期過載時，熱繼電器才會動作，用它的常閉觸點斷開使控制電路斷電。（強調短路電流與過載電流的區別？）欠電壓、失電壓保護：通過接觸器KM的自鎖環節來實現。2.鼠籠式異步電動機降壓啟動控制引出問題：實際啟動時，往往要用降壓啟動，為什么？學生隨意回答。教師給予鼓勵并總結。電動機直接啟動時，定子啟動電流約為額定電流的4～7倍。這個是不可避免的。過大的啟動電流將影響接在同一電網上的其他用電設備的正常工作，甚至使它們停轉或無法啟動，根據歐姆定律，想要降低電流，負載不變，唯一方法就是降低電壓。因此往往采用降壓啟動。再次引出問題：讓學生大膽猜想，分析降壓啟動的方法？提示學生把這個問題聯想到簡單的物理電路中，你能想到的降低電壓的方法（基礎知識教學）？教師根據學生所回答的內容，（串聯分壓，變壓器等等）總結出主要內容。鼠籠式異步電動機常用的降壓啟動方法主要有：1）定子串電阻降壓啟動控制電路2）自耦變壓器降壓啟動控制電路3）Y-降壓啟動控制電路前二種降壓啟動的方式學生們較好理解。可以以一張原理圖作為重點，另一張控制原理圖讓學生獨立分析。但是對于第三種教學過程需要慢一些。有必要帶領學生復一電工基礎，講負載星形連接、三角形連接的基礎知識，并在黑板上畫出二種連接的電路，分析電壓與電流的關系，讓學生指出，哪種連接方式下電壓大？降壓啟動先后連接順序應該是怎樣的。三種方法每部分都可以讓學生根據原理，獨立分析講解電器控制原理圖，為今后閱讀分析電路做準備。可以分組討論，讓學習好的學生幫助理解較慢的學生，帶領落后的學生慢慢學會閱讀和分析電路圖。沒有必要由教師一步步講解，教師主要指導，引領，鼓勵學生獨立完成分析。講解后，讓學生總結出每種方法的優缺點。

二教學反思

電動機的直接啟動或是降壓啟動電路的工作過程等知識抽象難理解，在傳統教學中，僅靠教師的語言描述，學生很難領會，并且會感到課堂枯燥乏味，會漸漸的失去學習興趣，很難堅持學習。電器控制部分的基礎沒有掌握好，對后面PLC編程的學習會有很大影響。而本次課的教學，教師在教學設計過程中，把復雜的知識點拆分出若干個小的知識內容，逐步引導學生，由淺入深，層層深入，能夠吸引學生，激發學生在聽課學習過程中不斷思考，便于學生理解與認識。通過在專業知識的教學中，適當巧妙的引入基礎課程知識的教學內容，大大簡化了專業課的知識難度，突出了基礎課教學的重要性，突破了教學課程容易脫節的教學難題，為后續教學特別是實訓教學打下了堅實的理論基礎。

第5篇：三相異步電動機論文范文

【關鍵詞】變頻器；絕緣；變頻電動機保護裝置；差動保護；后備保護

0.引言

據相關資料統計，截止2007年底，我國的各類電動機的裝機容量約為5.8億千瓦，而高壓電動機的總裝機容量在2.9億千瓦左右，其中70%左右是拖動風機、泵類的電動機，裝機容量在2.03億千瓦，這些電動機大都由6kV驅動，它們大多工作在高能耗、低效率狀態。在我國火力發電廠中，各類泵和風機的用電量占火力發電廠自用電量的85%左右，例如引風機、送風機、循環水泵等，尤其是風機的裕量明顯過大，如果采用擋板調節，即使在機組滿負荷輸出的擋板開度也較小。如可根據所需的流量調節轉速，就可獲得很好的節電效果，一般可節電20%～50%。

美國電力研究院早在1981就開始研究電力電子調速傳動在電廠大型異步電動機上的應用，并在風機和泵類負載大型異步電動機進行變頻調速現場試驗，對大型變頻調速裝置的經濟性和運行可靠性得出肯定的結論。目前我國大型異步電動機應用變頻調速還剛剛起步，但國外已經廣泛使用，而且隨著電力電子器件的發展，高壓變頻裝置的型式多種多樣。通過長期的運行實踐表明：應用高壓大功率變頻調速系統的經濟效益良好、其可靠性也可以得到保證。

目前，進行變頻控制改造后，國內外的大型電動機進行變頻改造后，變頻運行工況對電動機的本體絕緣帶來了一些問題，導致電動機的絕緣過早被破壞；同時，由于高壓電動機可以進行寬范圍的頻率調速，給原有的高壓電動機保護配置帶來了影響。尤其對作為大容量高壓電機主保護的縱聯差動保護影響最大，同時也縮小了原裝設于高壓開關柜上的電動機綜保保護裝置的保護范圍，不能為變頻電動機提供必要的保護。

本文，會簡單分析變頻運行工況下，電動機絕緣特別是匝間絕緣過早破壞的問題，同時指出現階段電動機保護方面存在的問題，重點建議增設變頻差動保護和變頻后備保護，以及配套使用寬頻低頻CT，從而給予變頻運行的電動機完善而可靠的保護。

1.變頻電源給電動機的絕緣帶來危害

國內外，大批變頻調速電機絕緣過早破壞的現象不斷出現，有些變頻電機的壽命只有1到2年，甚至有些在試運行期間電機絕緣就被擊穿破壞，而且擊穿通常發生在匝間絕緣。雖然，針對此問題，業內采取了一些應對措施，但是并不能說變頻技術的使用對電動機本體的絕緣影響就可以減緩或者忽略。變頻器沒有影響到電動機的短期絕緣性能，但是顯著的降低了電動機的壽命[1]，對于電動機而言，每年大約承受3000億次脈動電壓的沖擊。

研究當前國內電廠所進行的電動機變頻改造項目，發現基本是在普通電動機上進行，而現用的電動機大都是老系列產品，絕緣水平很差，當把這些電動機改用逆變器控制做變速電動機使用時，在絕緣可靠性方面就會產生很大的問題，這一點需要正視和重視。在筆者和很多電廠用戶的交流中發現，很多技術人員覺得變頻運行的電動機，處于低電壓、小電流環境中，故障發生幾率會大大降低，其實是不合適的，電力逆變技術的應用給電氣絕緣技術帶來了新問題，需要更多的認識和研究。

正是如此，所以在條件允許的情況下，應該使用專用的變頻電動機，另外，同時必須完善電動機在變頻運行工況下的保護功能，來更多的避免變頻電源對普通電動機絕緣造成的破壞。

1.1 SPWM變頻器對電動機的絕緣影響

SPWM 波形上升時間非常短，一般為50ns～0.1μs ，脈沖電壓在電機線圈中的分布非常不均勻，在電動機繞組的首端幾匝繞組上承擔了約75%-80%[2]的過電壓幅值，這樣首匝繞組承受的匝間電壓過高，甚至超過平均匝間電壓10倍以上，再加上電機端子上約2倍的過沖電壓，將會引起電動機內部匝間局部放電，從而導致絕緣性能變壞使得壽命變短。

圖1 沖擊電壓在電動機線圈上的分布[3]

具有急陡前沿脈沖的電壓波施加在交流電動機繞組上時，其電壓分布與施加普通工頻電壓不同，這時電動機繞組的各個線圈上所分布的電壓是不均勻的，越是靠近電源側的線圈，其所分布的電壓值越高。

1.2變頻器到電動機連接電纜的長度形成的過沖電壓

脈沖波在電纜中的傳播脈沖波進入電纜后沿電纜傳播，當遇到波阻抗不相等時就會產生反射與透射。如電纜與電動機相連時，電動機為感性阻抗，其波阻抗遠大于電纜的波阻抗，因此脈沖波在電動機端會產生反射與透射[2]。

由于電動機與電纜的阻抗不匹配而產生折射和反射，反射波和折射波使電動機端子上的電壓產生了振蕩過電壓，此過電壓有時是50Hz 電壓的2倍之多，過沖電壓的出現將會引起電動機內部匝間局部放電，從而導致電動機絕緣的損傷。

1.3溫升對電動機絕緣的傷害

變頻器輸出的SPWM脈沖電壓諧波成分豐富，脈沖頻率高且上升沿陡直，這種狀況與用50Hz的交流正弦波驅動電動機的狀況大不相同，在能量轉換過程中，電動機內部將不可避免地產生損耗，使電動機的溫度升高。當溫升超過最高容許工作溫度時，電動機的使用壽命將大幅縮短。

對于變頻器供電的電動機而言，由于高次諧波的存在，電機內部會產生以下附加損耗：①高次諧波帶來的定子和轉子附加銅損耗；②高次諧波帶來的定子附加鐵耗；③高次諧波帶來的附加雜散損耗；④三相異步電動機在高頻下運行時，集膚效應使轉子電阻增加導致轉差銅耗顯著增加。這些高次諧波電壓和電流產生的附加損耗，致使電動機溫升增大，效率降低，輸出功率減小。另一方面，對于普通標準電動機而言，冷卻風扇直接安裝在轉子軸上，轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機的低頻運轉時冷卻效果大幅下降，更會加劇電動機溫升的提高。

2.變頻改造對電動機保護的影響

變頻裝置的應用對于高壓電動機的保護產生了很大的影響，尤其對作為大容量高壓電機主保護的縱聯差動保護影響最大。因為常規差動保護裝置是針對不調速的電機而設計的，不能適用于寬范圍調速的高壓變頻電動機[4]，所以目前進行變頻改造的高壓電機一般都取消了差動保護，而改裝靈敏度較差的電流速斷保護，這對于高壓電機保護來說是不夠的，也不符合國家繼電保護規程的規定。

我國的繼電保護設計規范，對3kV及以上異步電動機的主保護做了如下的規定：當發生電動機繞組及引出線的相間短路時，2MW以下的電動機宜采用電流速斷保護作為主保護；2MW及以上的電動機或電流速斷保護靈敏系數不滿足要求時，應裝設縱聯差動保護作為主保護[10]。

根據以上的規定，高壓電動機以縱聯差動保護或者電流速斷保護作為主保護，以過負荷保護、低電壓保護和單相接地等保護作為后備保護。電流速斷保護的特點是快速可靠、簡單經濟，但整定值要躲開電動機的啟動電流，而且如果高壓變頻器帶有輸入變壓器和大容量電容，則電流速斷保護還需要躲開變壓器的勵磁涌流和電容沖擊電流，該電流可以達到額定電流7倍，導致速斷保護的靈敏度低[5] [6]。縱聯差動保護的特點是靈敏度高，它的整定只需要躲開啟動時因為兩側電流互感器不一致而產生的不平衡電流。

高壓變頻改造的影響對于電流差動影響最大，其主要原因是變頻器的工作頻率范圍很寬泛，在低頻情況下容易引起常規CT飽和，電流測量值偏差較大。同時常規的電動機差動保護是按照工頻50Hz設計的，不能適用于寬頻率工作范圍。在此情況下，傳統的電流差動保護不得不退出運行，而改用靈敏度較差的電流速斷保護作為變頻電動機的主保護。

基于變頻電源對普通電動機主絕緣和匝間絕緣的危害很大[7] [8]，所以給變頻運行下的保護裝置提出了更多的技術要求，需要更完善可靠的電動機保護，在差動主保護設置的前提下，還應該考慮匝間絕緣故障的邏輯判斷，比如設置變頻電動機的匝間保護。

3.保護功能設置

3.1差動保護

圖2 電動機工頻及變頻工況下保護配置圖

為了保證內部故障時差動保護靈敏動作，同時防止外部故障時及電動機起動時暫態不平衡電流引起的誤動，北京四方公司CSC236D/B變頻電動機保護裝置，包含變頻差動保護和變頻后備保護，從而給予變頻運行電動機完善的保護。

同時，專門研發設計適用于變頻電動機的寬頻率范圍的CT，此 CT在寬范圍都有良好的線性度，完全滿足變頻電動機保護采樣的需要[9]。

3.2后備保護

為了變頻運行時，有相應的后備保護反映電機的各種異常運行狀態，需要設置有速斷過流、過流保護和負序保護功能，用于檢測電機的堵轉、匝間等故障。

后備保護實時檢測變頻電動機運行頻率，并計算對應的電流有效值，判別電機狀態。當電機工頻啟動時，對應的保護功能退出，此時考慮采用電機原綜保裝置來完成后備保護。

當電動機在變頻方式運行時，如果發生匝間故障，故障電流水平與發生故障時刻頻率的大小有關系，為了提高負序電流保護對匝間故障的靈敏度，設置有多段定值，檢測不同頻率下的匝間故障。

4.結語

通過以上幾方面的研究，我們可以得出如下結論：

1）電力逆變技術的應用給電氣絕緣技術帶來了新的問題，需要更多的認識和研究。國內外，大批變頻調速電機絕緣過早破壞的現象不斷出現，有些變頻電機的壽命只有1到2年，甚至有些在試運行期間電機絕緣就被擊穿破壞，而且擊穿通常發生在匝間絕緣；

2）在筆者和一些電廠用戶的交流中發現，部分技術人員覺得變頻運行的電動機，處于低電壓、小電流環境中，故障發生幾率會大大降低，覺得沒有必要安裝變頻電動機保護，這其實是不合適的；

3）在條件允許的情況下，現場需要進行變頻改造的的電動機，應該使用專用的變頻電動機，從電動機本體絕緣及結構等方面給予重視；

4）基于以上分析的研究，必須增設變頻電動機保護裝置，其包含變頻差動保護和變頻后備保護，來更好的保護變頻運行的電動機。

5）北京四方公司CSC236D/B變頻電動機保護裝置，包含變頻差動保護和變頻后備保護，經過現場的實際使用，裝置運行良好，可以給予變頻運行電動機完善的保護。

參考文獻：

[1] 亨都，電動機因經受變頻器快速脈沖而產生的匝絕緣老化，絕緣材料通訊，2005，5

[2]于欽學，任文娥，SPWM變頻調速電動機線圈局部放電的測量，電工技術學報，2006，21（1）

[3]孫雅玲，沖擊電壓對高壓交流電機定子繞組匝間絕緣的影響，防爆電機，2005，40（122）

[4]張超，張艷艷，黃生睿.大容量變頻器對電動機繼電保護的影響EJ3，繼電器，2007，35（17）

[5]馬晉輝，高壓變頻器工頻旁路設計及保護配置整定，繼電保護與自動裝置，2008，27（13）

[6]張繼業，高壓變頻裝置對電動機及繼電保護影響的探討，第二屆工業企業節電技術研討會論文集

[7]陳迎松，變頻電源對普通電動機絕緣的危害，漯河職業技術學院學報（綜合版），2004，3（2）

[8]孫雅玲，大型交流變頻調速同步電機絕緣體系及應用，大電機技術，2003，1

[9] CSC236DB變頻電動機保護說明書

[10] SFW繼電保護技術規程GB14285-2004（2005，9，26）

第6篇：三相異步電動機論文范文

[論文摘要]低壓電網如何有效保持良好的工作狀態，降低電能損失，與電網穩定工作、電力設備安全運行、工農業安全生產及人民生活用電都有直接影響。分析無功補償的作用和主要措施。

無功補償是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低電能的損耗，改善電網電壓質量。

從電網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤其是以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度的減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配

置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

一、低壓配電網無功補償的方法

隨機補償：隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。

隨器補償：隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。

跟蹤補償：跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

二、無功功率補償容量的選擇方法

無功補償容量以提高功率因數為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

（一）單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法

1．美國：Qc=（1/3）Pe

2．日本：Qc=（1/4~1/2）Pe

3．瑞典：Qc≤√3UeIo×10-3(kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe)

若電動機帶額定負載運行，即負載率β=1,則：Qo根據電機學知識可知，對于Io/Ie較低的電動機（少極、大功率電動機），在較高的負載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導線較長，無功經濟當量較高的大功率電動機以較高的負載率運行方式下，此式來選取是合理的。

4．按電動機額定數據計算：

Q=k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)

K為與電動機極數有關的一個系數

極數：246810

K值：0.70.750.80.850.9

考慮負載率及極對數等因素，按式（4）選取的補償容量，在任何負載情況下都不會出現過補償，而且功率因數可以補償到0.90以上。此法在節能技術上廣泛應用，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負載率較低的電動機。但是對于Io/Ie較低的電動機額定負載運行狀態下，其補償效果較差。

（二）多負荷補償容量的選擇

多負荷補償容量的選擇是根據補償前后的功率因數來確定。

1．對已生產企業欲提高功率因數，其補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補償容量計算系數，可取0.8～0.9;Tm為企業的月工作小時數；tgφ1、tgφ2是指負載阻抗角的正切，tgφ1=Q1/P，tgφ2=Q2/P；tgφ（UI）可由有功和無功電能表讀數求得。

2．對處于設計階段的企業，無功補償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負荷系數，一般取0.7～0.75;Pn為企業有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據企業負荷性質查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得cosφ1。

多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。

三、無功補償的效益

在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數在0.70～0.85之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效益。

（一）節省企業電費開支。提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費。使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

（二）降低系統的能耗。補償前后線路傳送的有功功率不變，P=IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2=COSφ2/COSφ1,這樣線損P減少的百分數為：

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

當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，由上式可求得有功損耗將降低20%～45%。

（三）改善電壓質量。以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV)兩部分損失：PR/Ue輸送有功負荷P產生的；QX/Ue輸送無功負荷Q產生的；

配電線路：X=（2~4）R，U大部分為輸送無功負荷Q產生的

變壓器：X=（5~10）RQX/Ue=(5~10)PR/Ue變壓器U幾乎全為輸送無功負荷Q產生的。

可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。

（四）三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

S=P/COSφ1×[（COSφ2/COSφ1）-1]

如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數為0.857，補償后功率因數為0.967，根據上面公式計算其增容量為：（155÷0.857）×[（0.967÷0.857）-1]=24KVA

四、結束語

在配電網中進行無功補償、提高功率因數和做好無功優化，是一項建設性的節能措施。本文簡要分析了三種無功補償的方法和兩種無功功率補償容量的選擇方法以及無功補償后的良性影響。在實際設計中，要具體問題具體分析，使無功補償應用獲得最大的效益。

參考文獻：

第7篇：三相異步電動機論文范文

論文摘 要：該文根據中職《電氣控制》課程教學的現狀，在教學內容、教學形式、教學環境、評價方式開放的前提下，提出了實施開放式教學模式的三個策略，為培養中職生的職業能力作出努力。

隨著教育改革的不斷深入，中職學校都在改變傳統的教學模式，優化教學內容，創新教學手段、教學方式，努力培養符合企業要求的技術人員。作為電氣類專業教師，我在努力探究適合中職生實際的教學模式。該文以《電氣控制》課程的教學為例，談談該課程在教學中采用開放式教學模式的策略。

1 中職《電氣控制》課程教學的現狀

《電氣控制》課程是電氣類、機電類專業的一門必修專業課，是為學生畢業后從事電氣控制系統安裝、維修、管理等工作提供必要的知識和技能。從許多中職學校《電氣控制》課程教學情況來看，該課程的教學主要集中在理論知識介紹與實訓器材的使用上，對理論與實踐的有機結合是遠遠不夠的。采用的教學方式是先理論知識授課，后技能實訓。教學環節在時間與空間上安排是分散的，理論課和實訓課存在著課時分配不合理的現象；從畢業生就業后的跟蹤調查來看，這些學生畢業后進入工作單位，不能完整認識電氣控制線路中的元器件，在設備安裝時也無法達到要求，更無法進行控制系統的設計開發。這說明我們的課程教學模式過于單一，強調課堂灌輸，理論與實際相脫離，造成學生知識面過窄，適應環境的能力較弱。這種教學模式已經不能滿足學生就業的要求。

2 開放式教學模式的涵義

開放式教學模式是指在教學中，以學生為中心，以學生發展為宗旨，注重理論和實踐相結合，培養學生掌握有效的學習方法，促進學生全面發展的教學模式。開放式教學要求教學內容、教學形式、教學環境、課程評價方式都具有相應的開放性。

1）教學內容的開放性。隨著電氣控制技術的迅速發展，《電氣控制》課程的教學內容必須做到不斷更新，這樣才能培養出適合行業發展需要的技術人員，這就是教學內容的開放性。教學內容的開放性要求教師了解當前電氣控制技術發展狀況，在教學時選用合適的教材和輔導用書，并重新整合與優化教材的教學內容，或編寫了具有本專業特色和適應本專業發展的校本教材，才能實現教學內容的開放性。

2）教學形式的開放性。由于《電氣控制》課程具有基礎性與實踐性并重的特點，在教學中充分利用學校已有教學資源，并根據行業的發展情況，自制實訓接線板、排故線路板、電氣控制實訓臺，同時，還要選購相關實訓設備，豐富教學資源。學校可以讓學生走出校門，走向企業，在真實的生產場景中學習知識，提高實際操作能力，這就是教學形式的開放性。教學形式的開放性要求教師善于使用各種實訓設備，在教學中能充分運用各種教學資源創新教學，這是實現教學形式開放的基礎。同時，教師要努力改變學生把教材知識作為唯一的知識內容，把教師作為知識、智慧的唯一源泉，把學校、課堂作為唯一的學習場所的封閉式的學習理念，倡導學生在廣泛的教育資源背景下進行自主學習、主動

學習。

3）教學環境的開放性。隨著科學技術的不斷發展、新的教學理念也在不斷衍生，必將把越來越豐富的教學資源和具有特定教育功能的教育環境帶入教學活動之中。課堂教學、多媒體模擬教學、模擬企業生產場景實訓、到企業頂崗實習等都是中職學校常見的教學模式，這里所說的課堂、實訓室、企業都是教學環境，《電氣控制》是一門理論與實踐結合非常緊密的課程，這就要求學生在學習時要積極思考、勤于動手，教師在選擇教學模式時要根據教學內容盡量把課堂搬到實訓基地或企業中，讓學生與機器設備為鄰，在開放的教學環境中完成學習，這就是教學環境的開放性。教學環境的開放性，要實現理論課、操作課在同一個空間內完成的目的。在教學現場布置各種元器件、線路樣板、機床排故設備以及有關機床線路的掛圖等，營造了優良的課程學習環境。上理論課時，不僅有傳統的板書教學手段，還有實物可以加以利用講解，也可用多媒體進行演示。合理安排實訓課的課表，將理論學習和技能操作緊密的結合在一起，杜絕理論課和實訓課課程分離的現象。例如：在學習了接觸器聯鎖正反轉控制線路的理論知識之后，就可以在就近的實訓區域通過操作，完成實訓任務，使理論教學與實訓操作融為一體。在這種環境下，學生能順利地在同一空間內完成理論學習與技能操作。

4）課程評價方式的開放性。課程目標最終將由學習的結果來體現，不能沒有結果的學習，也不能學習沒有結果。傳統的課程評價就是單純的考試成績，學生為應付每學期最后的一次考試而背著沉重的負擔。要想全面提高學生素質，每門課程的評價都要給學生全面發展留有充足的時間和空間，也就是要構建讓學生享受成功的評價。這就是課程評價方式的開放性。課程評價方式的開放性，要求教師對學生在《電氣控制》課程學習的全過程進行評價，包括課堂問題回答的積極性及正確性、作業完成情況及完成質量、實訓項目完成情況及完成質量等，并隨時記錄評價結果。在評價時要少批評多激勵，讓學生感到自己可以學好。在期末，學校組織學生參加維修電工初中級考試，獲取技能等級證書。通過考證來檢查學生的學習效果。

3 《電氣控制》課程采用開放式教學模式的策略

開放式教學模式體現在各個教學環節中，教師要根據教學環節的不同，采用不同的策略，才能真正實施開放式教學，提高教學效果。

1）課堂教學采用項目教學法。在課堂教學中，要體現教學的開放性，必須以學生為主體的教學理念，項目教學法是一種以學生為主體的教學方法。首先根據教學要求將教材內容項目化，然后編寫項目任務書。在教學過程中，學生在任務驅動下，制定項目計劃，完成相應操作，當學生完成相應操作后，項目評價則采用小組同學之間互評或教師評價等方法進行。在完成項目任務過程中，教師的作用是組織、指導，項目教學法發揮學生的主體作用，體現“做中學，學中做”的教學特點，體現教學的開

放性。例如：學習常用主令電器的基本知識，具體教學實施步驟如下：①任務要求：熟悉主令電器的用途、會正確選用主令電器。②任務內容：主令電器的結構及用途、主令電器的符號和型號、主令電器的選用。③知識解讀：按鈕的結構及用途、按鈕的符號和型號、行程開關的結構及用途、行程開關的符號和型號。④任務實施：主令電器的選用、主令電器的安裝、主令電器的常見故障及處理辦法。⑤任務評價：對常用主令電器的基本知識掌握情況、是否會選用、安裝常用主令電器。

2）實訓教學采用“先動手，后理論，做中學”。實訓教學是培養學生操作技能的重要途經。為體現實訓教學的開放性，在實訓教學中可采用“先動手，后理論，做中學”的教學模式，即先給出實訓任務，讓學生先自行摸索，當學生完成任務，或因學生缺少理論知識無法完成任務時，教師再講解理論，這樣讓完成任務的學生能感受探索成功的喜悅，并把理論與實踐結合起來，讓無法完成任務的學生能在理論指導下完成實訓任務。這種“先動手，后理論，做中學”的教學模式是目前中職學校在廣泛推廣的教學模式。例如：安裝三相異步電動機接觸器聯鎖正反轉控制線路，具體教學實施步驟如下：①讓學生嘗試自行分析線路的工作原理、裝接控制電路和主電路。②讓學生使用萬用表檢測線路，確認檢測無誤后，進行空載和帶載試車。③教師解讀知識點，分析控制線路的工作原理和安裝方法。④根據教師的講解，學生進一步檢測控制線路，完成空載和帶載試車。在教學過程中，讓學生自己先動手操作，培養他們的線路安裝能力。當操作過程出現問題時，教師再講解理論，讓學生在理論指導下，再探索解決問題的辦法。整個過程中學生是主角，教師只起幫助、指導作用。

3）引導學生采用小組合作方法學習。傳統的“秧苗式”座位方式和單一的教學方式，讓學生之間缺乏互相合作的機會，對學生的合作學習有阻礙作用。在教學中，可引導學生自愿組合，以2～3人為一個小組，實施小組合作學習。通過合作學習，鼓勵學生發揮自我意識，表現自己，并學會尊重別人意見，欣賞別人，增強合作精神，共同完成學習任務。例如：在安裝三相異步電動機星—三角減壓起動控制線路時，小組進行分工合作：有的安裝元器件、有的裝接控制電路、有的裝接主電路，一起調試、檢測，形成互補學習。并以小組為單位，向全班匯報小組意見，接受其他同學的質疑與教師的點撥，在和諧、自由的討論中得到問題的結論。這一過程中，讓每一個學生都主動參與，體驗成功，感受集體力量，感受到自己被尊重，從而提高自信心，提高學習興趣。同時，有助于增進團體合作的信心和興趣，有利于學生之間互相取長補短，有利于培養學生的集體榮譽感，有利于提高既合作又競爭的現代企業意識。蘇霍姆林斯基說過：“應該讓我們的學生在每一節課上，享受到熱烈的、沸騰的多姿多彩的精神

生活。”

因此，《電氣控制》課程構建開放式的教學體系，優化課程教學內容與課程培養體系，突破教學課堂的限制，實施開放式教學模式，讓學生大膽地把個性展現出來，這對中職生今后的職業發展有著重要的

作用。

參考文獻

[1] 余勝泉.論教學結構[J].電化教育研究，2003（6）.

第8篇：三相異步電動機論文范文

【關鍵詞】感應電機；磁鏈檢測；觀測器；滑模觀測器；神經網絡

一、引言

近年來，在交流調速領域矢量控制和直接轉矩控制獲得了巨大的發展并得到廣泛應用，這兩種控制策略都能使感應電機中耦合的電磁轉矩和磁鏈達到與直流電機類似的解耦狀態。這樣可以將感應電機結構上的可靠性與直流電機控制上的簡單有效結合起來，使傳統上可靠耐用但控制性能較差的感應電機在很多高性能應用場合代替了傳統上控制性能最好的直流電機。

要實現電磁轉矩和磁鏈的解耦控制，必須得到足夠精確的磁鏈檢測值。最初矢量控制曾采用在電機槽內埋設線圈或在定子內表面設置磁敏元件的方式來直接檢測氣隙磁鏈信號，間接推算轉子磁鏈或定子磁鏈，這種方式有不少工藝和技術問題，轉速越低齒槽造成的檢測信號脈動影響越嚴重，磁敏元件輸出信號受溫度影響大[1]。實際中大多采用間接計算的方法，即根據感應電機數學模型導出磁鏈與較容易獲得的電壓、電流及轉速間的數學關系，以此實時計算磁鏈。由于磁鏈在控制中處于被檢測反饋的地位，一般也將間接計算磁鏈稱為檢測磁鏈，在本文中，檢測磁鏈就是指間接計算磁鏈。

由于使用電機的數學模型來計算磁鏈不可避免地用到電動機的定子參數和轉子參數，所以使用的電機參數是否準確決定磁鏈估計是否準確。而感應電機的定子和轉子參數是時變的，比如與啟動時相比，感應電機運行時定子電阻的變化量能超過50%，而轉子電阻的變化量能超過100%[2]，因此怎樣準確檢測磁鏈，或者減小甚至消除不準確的參數對計算磁鏈造成的影響是十分重要的問題。

一般來說在感應電機的矢量控制和直接轉矩控制中，需要檢測的磁鏈是轉子磁鏈或定子磁鏈。無論對于轉子磁鏈還是定子磁鏈，檢測磁鏈的基本方式都有電流模型法和電壓模型法[3]。電流模型根據定子電流和電機轉速的測量值來估計磁鏈，計算中的傳遞函數有負的極點，觀測值漸進收斂，但涉及到轉子時間常數這個易受電機運行條件影響的慢時變參數，需要對轉子參數進行實時辨識。電壓模型用對反電勢積分的方法來估計磁鏈，只需測定定子電壓和電流不需要電機轉速，不涉及最容易變化的轉子參數，但由于純積分環節的誤差積累和漂移問題可能導致系統的不穩定，尤其在低速時由于定子電阻壓降明顯，反電勢容易被測量誤差淹沒，觀測精度低，另外定子電阻在變化嚴重時還需實時辨識。為了彌補電流模型和電壓模型的缺點，有學者提出了組合使用電流模型和電壓模型的方法，在低速時主要采用電流模型而在高速時主要采用電壓模型。也有許多針對電壓模型的改進，如使用慣性環節代替純積分并補償幅值和相位。以電流模型法和電壓模型法為代表的這些方法，對于計算磁鏈而言沒有形成檢測量的反饋，因此將這些方法歸類于磁鏈的開環檢測方法。[4、5、6]

磁鏈的開環檢測方法缺少對各種干擾的抑制。在控制系統中抑制干擾最有效、最簡單的方法是引入反饋措施，本文討論的檢測磁鏈的幾種方法通過引入反饋來抑制擾動，可以歸類于檢測磁鏈的閉環方法。本文主要討論的磁鏈檢測方法有：（1）使用電流反饋的改進的電壓模型法；（2）現代控制理論的觀測器法；（3）滑模觀測器法；（4）人工神經網絡法。這些閉環檢測磁鏈方法易于理解，算法較為簡單，比較適合實際應用。本文的目的在于推廣比開環檢測磁鏈方法性能更優秀的閉環檢測磁鏈方法，這四種方法都取自有實驗驗證的國內外優秀論文，具有一定的參考價值。

二、使用電流反饋的改進的電壓模型法

電壓模型法檢測定子磁鏈如（1）所示。由于引入了純積分，電壓模型不能抑制初始誤差和積累誤差，容易引入直流偏移。為抑制干擾減少誤差，可以參考無負載時定子電流與磁鏈的關系在電壓模型中加入電流反饋，如（2）所示[2]。其中s為定子磁鏈，us為定子電壓，is定子電流，Rs為定子電阻，箭頭表示矢量，“^”表示電流估計值，上標“*”表示定子電阻的實時辨識值。

如何選擇滑模觀測器的增益是一個比較麻煩的問題，比如滑模觀測器a中的矩陣K和L，滑模觀測器b中的k1和k2。嚴格來講需要從數學上求解觀測器的收斂條件，但在多數情況下這是難以完成的，往往通過計算機仿真來觀察選擇不同增益對計算效果的影響，并在實驗中加以驗證。

五、人工神經網絡法

人工神經網絡（ANN）也可簡稱為神經網絡（NN），可以被看作是一種通用的估計手段。神經網絡仿照人類腦部神經組織，一般使用多層的神經元來近似復雜函數。ANN具有學習能力和適應能力。當需要近似的動態過程或控制律只有部分可知或數學表達非常復雜時，ANN的學習能力使其顯得非常有效。而ANN的適應能力使其經過有限數據集的訓練就可獲得希望的特性。[11、12]

ANN具有密集的神經元連接，一般每個神經元具有多個加權輸入項和一個輸出，這個輸出可以作為多個神經元的輸入。神經元的計算過程是先將輸入乘以輸入通道的權值，再將所有輸入的加權結果累加，再將累加結果輸入該神經元的非線性激活方程，最后將激活方程的計算結果經輸出通道送出。神經元的數學模型如：

使用較多且研究最為成熟的神經網絡是BP神經網絡，也稱前向神經網絡，為分層結構，包括輸入層、隱藏層和輸出層。輸入層并不進行運算，直接將輸入送給第一層隱藏層，每個隱藏層和輸出層的神經元都會進行各自的運算。ANN具有的“知識”是通過學習算法在訓練中獲得。在訓練過程中通過誤差反饋來調節各層神經元的輸入通道權值，直到誤差小于某目標值。

使用ANN來估計磁鏈可以避免由磁鏈計算式的數學特性帶來的缺點。這里介紹一種簡單的檢測感應電機磁鏈的BP神經網絡結構，如圖1所示，圖中用圓圈代表神經元，uAs和uBs是三相定子電壓的兩相，iAs和iBs是三相定子電流的兩相，ω是電機轉速。該神經網絡結構具有兩個隱藏層，輸入層有五個神經元接收電機的五個可測量，輸出層有兩個神經元，輸出ψAs和ψBs是三相靜止坐標系中定子磁鏈的兩相，也可以換成轉子磁鏈。

在選擇ANN的結構時需要注意，太少的神經元將導致訓練算法很難收斂，即學習能力較差，而過多的神經元會導致ANN的適應性降低，達到同樣的效果需要更多的訓練樣本數據。可以看出這種檢測磁鏈的方式與電機的數學模型沒有任何關系，對電機參數變化不敏感，更不涉及坐標變換。

ANN的一個關鍵問題是對神經網絡進行訓練，現在比較方便的做法是用帶有神經網絡工具的仿真軟件如Matlab/Simulink，使用理想的仿真模型搭建目標交流調速系統，將感應電機理想的檢測數據（包括理想的磁鏈數據）饋入ANN的仿真模型，進行離線訓練。訓練完成后將ANN的權值數據導出，編程實現對磁鏈的實時檢測。訓練ANN的算法有很多種，這里不再介紹。

本文將圖1所示的人工神經網絡檢測磁鏈方法歸入檢測磁鏈的閉環方法，理由如下。考慮磁鏈檢測的開環方法，在電壓模型中只用電壓和電流即可計算磁鏈，說明電壓和電流中已包含了計算磁鏈所需的全部變量信息，在電流模型中只用電流和轉速，說明電流和轉速也包含了計算磁鏈所需的全部變量信息。在圖1所示的人工神經網絡檢測磁鏈方法中，輸入包括了電壓電流和轉速，對計算磁鏈而言這些輸入中包含的信息是冗余的，可以認為冗余的信息起到了反饋比較和校正的作用，因此可以認為該方法是閉環方法。

六、結束語

本文介紹了四種檢測感應電機磁鏈的閉環方法，經過調整變形，或經過三種磁鏈（定子磁鏈、氣隙磁鏈和轉子磁鏈）間的相互推算，這些方法可以用于檢測感應電機的任意磁鏈。

在使用電流反饋的改進的電壓模型法中，由于定子電流給定值的求解僅是從空載時的磁鏈方程出發，所以電流誤差很難完全消除，影響磁鏈估計誤差的收斂性。但這種方法可以方便的辨識定子電阻。

現代控制理論的觀測器法包含了定子電流的反饋，給出了觀測器的誤差方程，在數學上保證了檢測磁鏈算法具有很好的收斂性，多個可變參數的影響受到抑制。

滑模觀測器法設計實現較為簡單，魯棒性好，收斂速度快，但其動態的理論分析較為困難，為保證計算穩定收斂經常需要大量的仿真來確定滑模觀測器的增益矩陣。

人工神經網絡法檢測磁鏈與電機方程和參數都無關，對干擾和參數準確性不敏感。

在不同的應用條件下，這些方法的優劣可能不同，應綜合考慮，選擇合適的方法，并作調整改進。另外這些方法僅僅是各自核心理論的一種應用方式，也許現在已有了類似但更優秀的磁鏈檢測方法。

為進一步提高檢測磁鏈的精度，應進一步降低參數不準和變化帶來的估計誤差，需要對電機參數尤其是定子電阻和轉子時間常數進行實時辨識。

參考文獻

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第9篇：三相異步電動機論文范文

論文摘要：中職電工電子專業正面臨新的考驗。根據國際國內形勢、市場需要，尋求合理科學的電工電子教學改革方案迫在眉睫，本文就電工電子專業課程設置，實習方法以及師生的評價方式做了闡述。

1 中職電工電子專業面臨嶄新的形式

1.1 政策和形勢分析 電子信息是新興的高科技產業，是符合政府倡導的低碳產業，有“朝陽產業”之稱，具有天然的發展優勢，有著巨大的潛力和廣闊發展前景，必然會成為世界第一大產業，各行業大都需要電子信息工程專業人才，有薪金高、工作環境優雅的特點。2009.4.16國務院公布了備受關注的《電子信息產業調整和振興規劃》（以下簡稱《規劃》），《規劃》指出，未來三年，電子信息產業銷售收入保持穩定增長，產業發展對GDP增長的貢獻不低于0.7個百分點，三年新增就業崗位超過150萬個。《規劃》具體來說，要圍繞九個重點領域展開：要確保計算機、電子元器件、視聽產品等骨干產業穩定增長，增強計算機產業競爭力，加快電子元器件產品升級，推進視聽產業數字化轉型；要突破集成電路、新型顯示器件、軟件等核心產業的關鍵技術，完善集成電路產業體系，突破新型顯示產業發展瓶頸，提高軟件產業自主發展能力；要在通信設備、信息服務、信息技術應用等領域培育新的增長點，加速通信設備制造業大發展，加快培育信息服務新模式新業態，加強信息技術融合應用。2012年是電子信息產業發展機遇與挑戰并存的一年。全球金融危機的壓力有所緩解，我國經濟，乃至世界經已走出低谷，在各級政府及企業積極努力、采取各種有效應對措施的情況下，全行業發展將存在較大的空間和機遇。從政府層面看，我國政府為抵御國際經濟環境對我國的不利影響，實行了積極的財政政策和適度寬松的貨幣政策，出臺了更加有力的擴大內需措施，為產業發展創造良好機遇。從戰略層面看，信息化和工業化融合，為產業優化升級提供了有利環境，表現在以下兩個方面：一是黨的十七大提出要大力推進信息化和工業化融合，加快推進電子信息產業改造傳統產業的步伐。工業和信息化部成立后，大力推進信息化和工業化融合發展，積極推動工業結構優化升級，抓住重點領域和關鍵環節，加快轉變工業經濟發展方式。因此，各領域的科技發展及信息化應用水平仍將進一步提升，為電子產品的應用和開拓工業軟件市場，創造了新的巨大空間。

1.2 人才需求分析 《河北省工業和信息化發展“十二五”規劃》是我省全面建設小康社會的關鍵時期，也是加快調整產業結構，轉變經濟發展方式，走新型工業化道路的攻堅時期。改造提升傳統產業，培育發展戰略性新興產業，加快推進國民經濟和社會信息化，實現由工業大省向工業強省的跨越，是我省面臨的主要任務。平板顯示項目推進半導體照明向通用照明、背光源、汽車照明等新的應用領域發展，重點開發白光、高亮度及功率發光二極管光源、城市照明及景觀光源、鐵路和公路信號顯示系統以及高檔、智能、大型美化裝飾顯示系統；推進應用電子，支持網絡、醫療、安防、汽車、電力等領域應用電子產品的研發與產業化；發展電子專用設備，培育光伏產業、半導體照明產業智能測控設備儀表的開發和產業化。

根據對調研資料的分析，可以看出應用電子行業人氣旺盛，職位有電子工程師、產品設計工程師、電子維修工程師、項目工程師等。電子工程師的主要職責是進行產品的電路設計等，必須熟悉模擬、數字電子技術，熟悉各種電子元器件，精通常用單片機的應用。企業招聘時通常要求有應用電子技術、電氣自動化等專業背景。現代化的企業和新型的電子行業，如電子產品生產廠家和技術服務型公司需要大量的電子產品設計、生產、組裝、調試、操作、維護、銷售等方面的應用性人才。

2 中職電工電子專業課程的教學改革

2.1 課程體系 德國“雙元制”課程體系編排強調以工作過程為導向，針對企業職業崗位的工作順序來編排相關的課程，構成了一個與實際職業活動過程相符合的“學習領域”課程序列。德國馬格德堡技術應用大學的《機電一體化專業》共14個“學習領域”課程，包括機電系統組成、綜合技能和技能拓展三個方面。①機電系統設置“機電系統、電子系統、電氣液組件系統、數據處理系統、自動化控制系統、通訊系統”6個學習領域課程；②綜合技能設置“機電一體化系統設計與制作、機電設備安裝與調試、系統維護與故障診斷3個學習領域課程；③技能拓展設置“工作計劃組織與結果評估、質量管理、企業內部信息交流、客戶信息交流、機電系統交付使用”5個學習領域課程。

借鑒德國的雙元制結合我國我省的實際情況我認為中職電工電子專業建立如下的課程體系較為合理：

2.1.1 知識目標 ①掌握鉗工、電工基本操作方法和操作技術。②能獨立完成室內線路的安裝與維修。③掌握電動機的安裝方法。④掌握三相異步電動機檢修和其他常用電動機的維修和檢修方法。⑤掌握電力變壓器的維護方法。⑥能正確使用常用電工儀表和常用電子儀表。⑦能正確安裝、調試和維修基本電子電路。⑧掌握常用低壓電器的功能、結構、基本原理、選用原則及其拆裝維修方法。⑨掌握電動機基本控制線路的構成、工作原理、分析方法及其安裝、調試與維修。⑩掌握常用生產機械電氣控制線路的方法及其安裝、調試與維修。■了解PLC的基本構成和工作特點。■熟悉PLC的基本指令和編程方法。■了解以PLC為核心的控制系統的組成和編程技巧。

2.1.2 能力結構及要求 ①掌握電工、電子線路的基礎知識；②掌握電子設備、電子產品常用元器件及材料的基本知識；③具有操作和使用常用電工、電子儀器、儀表的能力；④具有閱讀電子整機線路和工藝文件的初步能力；⑤具有電工、電子產品生產工藝管理的初步能力；⑥具有電工、電子設備、電子產品裝配、調試、檢測、銷售與維修的技能；⑦具有操作、使用與維護較復雜的電子設備的能力，具有操作、使用與維護較復雜的電子設備的能力。⑧具有操作、使用與維護一般電工設備的能力。⑨具有初級使用計算機的能力。

2.2 教學模式 項目課程教學模式為主，以典型產品或服務為載體讓學生學會完成完整工作過程的課程模式。項目可理解為一件產品的設計與制作，一個故障的排除，一項服務的提供，強調應用技能獲得產品。項目課程的開發以典型工作任務為邏輯主線，資訊、決策、計劃、實施、檢查、評估6個步驟進行開發。教學過程體現以學生為主體在教學過程中，教師和學生的角色在轉變，教學從知識的傳授者轉變成為教學組織、知識傳授、問題咨詢與技術指導者，學生則從知識的接納者轉變為學習活動的主體與主人，體現教師與學生共同探討和全程參與過程，讓學生在富有吸引力、好奇與感性的氛圍中獲取今后職業生活的“鑰匙”，真正實現教學主體由教師向學生的轉變，由教學行為向學習行為的轉變。

2.3 采取多種實訓途徑 采取多種實訓途徑，強化學生職業能力與綜合職業素質培養。①校內實驗實訓室。②校辦經濟實體（實習公司）。③送往地區性行業協會教育實習中心。④社會各類企業。

3 中職電工電子專業教學評價體系改革

3.1 評價與考核目的 鼓勵學生積極參與、激發興趣、體驗成功，培養其熱愛專業、勇于創新、樂于實踐等多方面的綜合素質。

3.2 評價與考核的原則：開放式與多元化相結合的原則 ①階段性評價與終結性評價相結合；②小組評價與個體評價的結合；③理論與實踐一體化評價；④建立各門課程所特有的評價框架。

3.3 評價與考核方式 在德國，不舉行結業考試，只有期中考試和畢業考試兩次。期中考試一般在第二學年結束時進行，包括理論和實訓考試。畢業考試則在學習結束后進行，由德國行業協會負責實施，全國統一考試，包括理論和技能考試。我認為我們國家也該努力建立健全各專業各工種考核機制和考試體系，如果就目前只由各個學校自己考核，標準很難統一，考核過程很難做出合理、客觀評價。基于此點我國重新出臺行業規范和技能標準并實質性落實就尤為重要。

3.4 以虛擬、模擬及仿真的實訓條件建設 采用虛擬、模擬及仿真等現代化技術手段，創造職業氛圍，將大型機械設備設施虛擬、模擬及仿真到校內實訓環境，解決一些項目實訓的難題。

綜上所述：中職電工電子專業必須緊緊把握時代脈搏，及時調整課程體系、教學方法、建立健全合理的考核體系。這樣才能讓這個專業能長久持續發展。

參考文獻：

[1]《河北省工業和信息化發展“十二五”規劃》.