基本信息
- 項目名稱：
- 基于ARM的異步電動機智能無功節(jié)能控制器設計
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- “基于ARM的異步電動機智能無功節(jié)能控制器” 采用先進的ARM微控制器和多種抗干擾措施，對在工農業(yè)生產中廣泛使用的三相交流異步電動機進行就地動態(tài)無功補償，以實現(xiàn)最大化的無功節(jié)能效果，同時還可提高局部用戶電網的供電品質。經實驗室測試和工業(yè)現(xiàn)場三個多月的實際運行檢驗，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、無功節(jié)能效果顯著。本作品可以極大地降低三相交流異步電動機運行中的無功損耗，為用戶來帶明顯的經濟效益，具有良好的社會經濟效益和很好的市場推廣前景。
- 詳細介紹：
- 本作品針對工農業(yè)生產中廣泛使用的三相交流異步電動機的無功補償難題進行了研究?？刂坪诵钠骷捎脤ｉT針對工業(yè)控制領域中實現(xiàn)高系統(tǒng)性能而設計的ARM Cortex-M3內核32位微控制器提高了系統(tǒng)的性能；電壓信號轉換采用光電隔離器實現(xiàn)了電壓信號的穩(wěn)定且無相移轉換；電流信號轉換采用二階Butterworth低通濾波器和方波整形有效地解決了工業(yè)現(xiàn)場對電流的強干擾影響；軟件濾波技術進一步增強了整個系統(tǒng)的抗干擾能力；采用雙向晶閘管過零觸發(fā)技術進行補償電容器組的投切控制使系統(tǒng)在動態(tài)無功補償過程中產生的諧波得到了有效地抑制；良好的用戶接口設計一方面有利于實現(xiàn)大容量控制信息的顯示，另一方面拓展了系統(tǒng)的性能，使其不僅可以用于三相交流異步電動機的動態(tài)無功補償，還可以用于對補償電容器組進行選配和不同應用場合的異步電動機的工作過程中的無功情況動態(tài)監(jiān)測。經實驗測試和工業(yè)現(xiàn)場運行檢驗，本作品能夠很好地適應工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境達到良好的無功補償效果。隨著本作品產業(yè)化的推進定將產生良好的經濟和社會效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 無功節(jié)能控制器的設計是為了解決工農業(yè)生產中三相異步電動機的無功功率補償節(jié)能問題。它能夠根據(jù)三相異步電動機當前的運行情況測量其功率因數(shù)和工作電流，計算出補償?shù)阶罴训臒o功節(jié)能狀態(tài)所需要的容性負載，然后，根據(jù)據(jù)計算結果自動進行電容器組的投切補償控制。 本作品采用了美國Luminary公司新近推出的針對工業(yè)領域設計的高性能32 位基于ARM Cortex-M3內核的微控制器。通過合理的外圍硬件電路和軟件處理實現(xiàn)了良好的三相異步電動機節(jié)能控制。 本作品有效地解決了工業(yè)現(xiàn)場中受到嚴重干擾電流信號的檢測難題和電容器組投切過程中的過零點控制技術。保障了三相異步電動機從輕載到滿載全過程中的功率因數(shù)保持在0.91以上，大大地降低了異步電動機運行中無功功率的損耗。
科學性、先進性
- 在硬件方面，以美國Luminary公司推出的針對工業(yè)應用領域特點設計的高性能32位基于ARM Cortex-M3內核的微控制器為控制核心，采用光電隔離技術和硬件低通濾波器進行電壓和電流信號檢測，補償電容器組采用雙向晶閘管和過零觸發(fā)電路。這些措施有效地解決了工業(yè)現(xiàn)場中干擾嚴重，補償電容器組投切點不宜掌握等技術難點。 在軟件方面，采用軟件濾波技術和良好的控制算法，提高了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性。 作品具有良好的人機接口，手動操作的設計提高了作品的可調試性和通用性，為用戶選用補償電容器組提供了依據(jù)，方便了現(xiàn)場的安裝調試和用戶使用。實驗運行測試表明即使在電流信號發(fā)生嚴重畸變的情況下，系統(tǒng)照樣能夠很好地運行，且節(jié)能效果良好。
獲獎情況及鑒定結果
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用方法：首先，根據(jù)具體對象，在手動工作方式下確定三相異步電動機所需要的補償電容器的容量范圍；然后，根據(jù)所需補償電容器的容量范圍，按照1：2：4的原則選配電容器組；最后，系統(tǒng)投入運行。 本課題專門針對在工農業(yè)生產中廣泛使用的三相異步電動機的無功節(jié)能技術進行研究，取得了良好的節(jié)能效果。系統(tǒng)有效地解決了工業(yè)現(xiàn)場中受到嚴重干擾電流信號的檢測難題和電容器組投切過程中的過零點控制技術。實現(xiàn)了異步電動機運行中無功損耗的顯著降低。 本作品可廣泛應用于工農業(yè)生產中的大中型異步電動機的節(jié)能降耗中，符合了我國目前的能源戰(zhàn)略方針政策，具有廣闊的應用范圍和推廣價值，一經投入使用將為用戶帶來良好的經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 隨著世界經濟的快速發(fā)展，石油、煤炭以及天然氣等能源的消耗在急劇增加，能源危機已成為全球面臨的最大問題。堅決實行新能源開發(fā)和節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位的方針已成為我國的重要發(fā)展戰(zhàn)略方針。開發(fā)節(jié)能降耗的新技術已成為重點科研支持方向之一。 在當今的電力系統(tǒng)中，感應式異步電動機作為傳統(tǒng)的主要負荷使電網產生大量的感性無功電流。無功電流產生無功功率，給電網帶來額外負擔且影響供電質量。因此，無功補償就成為保持電網高質量運行的一種主要手段之一，也是當今電氣化自動化技術及電力系統(tǒng)研究領域所面臨發(fā)展的一個重大課題，正受到越來越多的關注。 三相異步電動機作為電能轉化為機械能的主要設備，在各工礦企業(yè)中得到大量應用，其用電量已占到全國發(fā)電總量的60%以上。為了提高電動機的工作安全性和工作穩(wěn)定性，在電動機的選型和使用上通常都會留有一定的功率裕量，這就使電動機通常會工作在輕載的工作狀態(tài)下，從而使得電網的供電功率因素大大降低。為了敦促各企業(yè)提高用電質量，電力供應部門也對各用電單位在功率因素上提出了要求。因此，對三相異步電動機進行無功功率就地補償就顯得十分重要。 長期以來，國內外學者針對無功補償裝置的設計和應用也進行了廣泛的研究。早期的無功功率補償裝置主要為同步調相機和靜態(tài)電容器，而且，多為高壓側集中補償。同步調相機目前在現(xiàn)場仍有使用，但在技術上已顯落后。靜態(tài)電容器補償可以改善線路參數(shù)，減少線路感性無功功率，缺點是只能補償固定無功，因此只能在一定程度上補償系統(tǒng)的無功損耗，改善電網供電質量。 目前的無功補償方式絕大多數(shù)都是用在供、配電部門，隨著電力電子技術和微控制器技術的發(fā)展，采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)對各類設備的異步電動機就地進行無功補償將具有更良好的技術效果并能夠實現(xiàn)更多的節(jié)能效益。
