电机系统节能改造之电机转速调节
电机在我国的实际应用中，同国外相比差距很大。机组效率为75%，比国外低10%;系统运行效率为30~40%，比国际先进水平低20~30%。随着科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度发展和应用，使变频器的节能效果更为显著。
电机是一种应用量大、使用范围广的高耗能动力设备。据统计，我国的总装机容量约为4亿千瓦，年耗电量约为6000亿kWh，约占工业用电的70-80%。我国以中小型电机为主，约占80%，而中小型电机耗损的电量却占总损耗量的90%。电机在我国的实际应用中，同国外相比差距很大，机组效率为75%，比国外低10%;系统运行效率为30-40%，比国际先进水平低20-30%。因此在我国中小型电机具有极大的节能潜力，推行电机节能势在必行。
由于异步电机结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠，可用于恶劣的环境等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。特别是对各行各业的泵类和风机的拖动上非彼莫属，因此，拖动泵类和压缩机、风机的电机节能工作倍受重视。
随着科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度发展和应用使变频器的节能效果更为显著。它不但能实现无级调速，而且在负载不同时，始终高效运行，有良好的动态特性，能实现高性能、高可靠性、高精度的自动控制。相对于其它调速方式(如：降压调速、变极调速、滑差调速、交流串级调速等)，变频调速性能稳定、调速范围广、效率高，随着现代控制理论和电力电子技术的发展，交流变频调速技术日臻完善，它已成为交流电机调速的最新潮流。变频调速装置(变频器)已在工业领域得到广泛应用。
使用变频器调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本，因而使用变频器是厂、矿企业节能降耗的首选产品。
变频电机节电器是一种革命性的新一代电机专用控制产品，基于微处理器数字控制技术，通过其内置的专用节电优化控制软件，动态调整电机运行工程中的电压和电流，在不改变电机转速的条件下，保证电机的输出转矩与负荷需求精确匹配，从而有效避免电机因出力过度造成的电能浪费。
交流电动机是当前应用最广泛的电机，约占各类电动机总数的85%。它具有结构简单、价廉、不需维护等优点，但它的弱点是调速困难，因而在许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。
变频器就负载类型而言主要有两方面的典型应用：1、恒转矩应用;2、变转矩应用。就应用的目的而言主要有：1、以改进工艺为主要目的，确保工艺过程中的最佳转速、不同负载下的最佳转速以及准确定位等。以其优良的调速性能，提高生产率、提高产品质量、提高舒适性，使设备合理化，适应或改善环境等。2、以节能为主要目的以流量或压力需要调节的压缩机、风机、泵类机械的转速控制来实现节能改造效果非常显著。
变频调速的原理
在企业所使用的耗电设备中，风机、水泵、空压机、液压油泵、循环泵等电机类负载占绝大多数。由受到技术条件限制，这类负载的流量、压力或风量控制系统几乎全部是阀控系统，即电机由额定转速驱动运转，系统提供的流量、压力或风量恒定，当设备工作需求发生变化时，由设在出口端的溢流、溢压阀或比例调节来调节负载流量、压力或风量、从而满足设备工况变化的需要。而经溢流溢压阀或比例调节阀溢流溢压后，会释放大量的能量，这部分耗散的能量实际上是电机从电网吸收能量中的一部分，造成了电能极大的浪费。从这类负载的工作特性可知，其电机功率与转速立方成正比，而转速又与频率成正比。如果我们改变电机的工作方式，让它不总是在额定工作频率下运转，而是改由变频调整控制系统进行启停控制和调整运行，则其转速就可以在0～2900r/min的范围内连续可调，即输出的流量、压力或风量也随之可在0～100%范围内连续可调，使之与负载的工作需要求精确匹配，从而达到节能降耗的目的。
交流电机转速如下：n=60f(1-s)/p
式中：
n=电机转速
f=电源频率
p=电机的极对数
s=转差率
由式可见，交流电动机的同步转速n与电源频率f成正比，所以改变电源频率就能改变电机转速，从而实现调速的目的。
变频调速节电原理
变频调速节电，顾名思义，变频调速才能节电。下面主要对两类典型负载应用的节电原理作一下分析。
(1)恒转矩负载类应用
恒转矩负载即不管转速如何变化，负载转矩是恒定的。
如下公式：P=K*T*N
K=系数
P=轴功率
T=负载转矩
N=转速
从上述公式可以看到，轴功率与电机的转速成正比，当由于工艺的需要而调整电机速度时，自然可以达到相应比例节电的目的。
(2)变转矩负载类应用
离心风机、泵类是属于典型的变转矩负载，其工作特点是：大多数是长期连续运行，由于负载转矩与转速的平方成正比，所以一旦转速超过额定转速，就会造成电机的严重过载，因此风机、泵类一般不超过额定频率运行。
电动机系统节能技术 电动机系统节能技术概述 电动机节能概念： 主要包括更新淘汰低效电动机及高耗电设备；节能电动机概念和技术，合理匹配电动机系统，提高电动机效率；以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械方式，实现被拖动装置控制和设备制造；推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统技术、优化电动机系统的运行和控制。 高效电动机： 高效电动机（YX、YX 等系列）通常指高效率三相异步电动机。效率水平能达到或超过电动机能效国家标准（GB18613-2002）所规定的节能评价值的电动机。 电动机能效国家标准： 电动机能效国家标准是“中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值”，国标号为GB18613-2002。由国家质量监督检验检疫总局于2002年1月10日发布，2002年8月1日实施。能效限定值是电动机最低效率允许值，是强制性指标；节能评价值是高效电动机的认
定值，是推荐性指标。 高效电动机节能效果： 高效电动机与普通电动机相比，优化了总体设计，选用了高质量的铜绕组和硅钢片，降低了各种损耗，损耗下降了20%-30%，效率提高2%-7%；投资回收期一般为1-2年，有的短至几个月。 （54）YX2型高效节能电动机 为了节约能源和保证企业的连续安全生产，要求企业装有的电动机均应处于合理、经济运行状态，即电动机在运行中要有高的效率和功率因数，且使用寿命长，性能良好，安全可靠。 但实际运行中的电动机等设备，绝大多数不能满足上述要求。以我油田采油三厂为例，在增压注水系统中运行的电动机，绝大多数存在着匹配不合理、选用电动机容量裕度过大等问题，便“大马拉小车”的现象十分突出，造成电能大量浪费。其原因既有电机设计，制造方面的问题，又有以往在电动机的选用上，忽视了设备的运行经济指标，使电动机的运行效率和功率因数偏低所致。为了改变这一状况，现积极采用高效节能电动机。下面以南阳防爆电机厂新开发设计的
电子技术课程设计 题目：智能电机转速控制显示系统设计 学院计算机与通信工程学院 专业 学号 姓名Lei Ke 指导老师leike
摘要 当今社会，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了广泛的应用。我希望通过对电子电路设计及制作课程设计等环节，力求达到以下作用和目的：即进一步掌握模拟数字电子技术的理论知识，培养工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高对电子电路的设计和实验能力；熟悉并学会使用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定基础。 以下设计是以单片机为核心设计一个电动机转速测定以及数据显示系统，要求对转速范围在0—166r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数和加速、减速、定速、电机正转和反转的实时控制。本设计使用12V直流电机，将直流电机测速装置产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出每秒的转速。调用显示程序在数码管上，其主要内容是单片机部分主要完成转速的测量，数码管显示部分主要把转速显示出来，显示范围在0—166r/min之间。 关键词：直流电机单片机转速控制数据显示
目录 摘要 (2) 目录 (3) 1.引言 (4) 2总体设计 (5) 2.1基本原理 (5) 2.2系统总体框图及设计思路 (6) 3.详细设计 (6) 3.1 硬件设计 (7) 3.2 软件设计. (8) 3.2.1程序设计思路 (8) 3.2.2 程序流程图 (9) 3.2.3 程序代码 (11)
一、PID控制系统 PID是比例,积分,微分的缩写。 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数T ,T i 越小，积分作用就越强。反之T大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID 控制器。
二阶系统数学模型 二阶系统方框图如下图所示 R(s) E(s) C(s) *0 图2-2标准形式二阶系统结构图 二阶系统闭环传递函数的标准形式 _ C(s) _ R(s) (2-1) 得出自然频率（或无阻尼振荡频率） (2-2) 阻尼比 ':=^/T TK (2-3) 令式（2-1 ）的分母多项式为零，得二阶系统的特征方程 s 2 ? 2 — n …J =0 (2-4) 其两个根（闭环极点）为 (2-5) 显然，二阶系统的时间响应取决于 和二这两个参数。应当指出对于结构和功用不同 的二阶系统，?和*冷的物理含意是不同的 s i 、 2
电机系统节能改造 一、概述 电机是一种应用量大、使用范围广的高耗能动力设备。据统计，我国的总装机容量约为4亿千瓦，年耗电量约为6000亿kwh，约占工业用电的70—80%。我国以中小型电机为主，约占80%，而中小型电机耗损的电量却占总损耗量的90%。电机在我国的实际应用中，同国外相比差距很大，机组效率为75%，比国外低10%；系统运行效率为30—40%，比国际先进水平低20—30%。因此在我国中小型电机具有极大的节能潜力，推行电机节能势在必行。 由于异步电机结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠，可用于恶劣的环境等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。特别是对各行各业的泵类和风机的拖动上非彼莫属，因此，拖动泵类和风机的电机节能工作倍受重视。 随着科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度发展和应用使变频器的节能效果更为显著。它不但能实现无级调速，而且在负载不同时，始终高效运行，有良好的动态特性，能实现高性能、高可靠性、高精度的自动控制。相对于其它调速方式（如：降压调速、变极调速、滑差调速、交流串级调速等），变频调速性能稳定、调速范围广、效率高，随着现代控制理论和电力电子技术的发展，交流变频调速技术日臻完善，它已成为交流电机调速的最新潮流。变频调速装置（变频器）已在工业领域得到广泛应用。 使用变频器调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本，因而使用变频器是厂、矿企业节能降耗的首选产品。 变频电机节电器是一种革命性的新一代电机专用控制产品，基于微处
理器数字控制技术，通过其内置的专用节电优化控制软件，动态调整电机运行工程中的电压和电流，在不改变电机转速的条件下，保证电机的输出转矩与负荷需求精确匹配，从而有效避免电机因出力过度造成的电能浪费。 交流电动机是当前应用最广泛的电机，约占各类电动机总数的85%，它具有结构简单、价廉、不需维护等优点，但它的弱点是调速困难，因而在许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。 变频器就负载类型而言主要有两方面的典型应用：1、恒转矩应用；2、变转矩应用。就应用的目的而言主要有：1、以改进工艺为主要目的，确保工艺过程中的最佳转速、不同负载下的最佳转速以及准确定位等。以其优良的调速性能，提高生产率、提高产品质量、提高舒适性，使设备合理化，适应或改善环境等。2、以节能为主要目的——以流量或压力需要调节的风机、泵类机械的转速控制来实现节能，改造效果非常显著。 二、变频调速的原理 在企业所使用的耗电设备中风机、水泵、空压机、液压油泵、循环泵等电机类负载占绝大多数。由受到技术条件限制，这类负载的流量、压力或风量控制系统几乎全部是阀控系统，即电机由额定转速驱动运转，系统提供的流量、压力或风量恒定，当设备工作需求发生变化时，由设在出口端的溢流、溢压阀或比例调节来调节负载流量、压力或风量、从而满足设备工况变化的需要。而经溢流溢压阀或比例调节阀溢流溢压后，会释放大量的能量，这部分耗散的能量实际上是电机从电网吸收能量中的一部分，造成了电能极大的浪费。从这类负载的工作特性可知，其电机功率与转速立方成正比，而转速又与频率成正比。如果我们改变电机的工作方式，让它不总是在额定工作频率下运转，而是改由变频调整控制系统进行启停控制和调整运行，则其转速就可以在0~2900r/min的范围内连续可调，即输出的流量、压力或风量也随之可在0~100%范围内连续可调，使之与负载的
控制系统课程设计 项目名称：以西门子S7-200为核心的电机速度监控 系统 学生姓名 / 学号： 卢泽涛 1307300108 吴钟森 1307300105 夏杰东 1307300107 指导老师：黄峥 班级电气133 专业名称电气工程及其自动化 提交日期 2016 年 12月 15 日 答辩日期 2016 年 12月 15日
一、系统整体功能说明及软硬件选型 1、通过PLC控制变频器，实现远程方式控制控制鼠笼式异步电动机的正反转及速度。 2、将编码器中与转速相对应的输出电压采集到PLC中。 3、通过PLC编写PID控制程序，控制电机的转速。 4、应用触摸屏组态软件设计控制系统的界面，与PLC进行动态连接，可在界面中控制电机的转速，显示变频器的频率、电机的正反转状态、实际转速等。 5、设置电机的正常转速范围（上、下限），当电机转速超出正常范围时，停机并报警，并可复位报警信号。 6、软硬件选型说明表如下： 二、 I/O点与输入输出设备对应关系表 PLC与变频器对应接线表
组态软件与PLC通信关系表 另外，变频器U、V、W端口分别接电机A、B、C三相，如图： 三、系统的原理图，包括主电路和控制电路。
四、软硬件相关设置的说明 1、软件相关设置：MCGS组态软件与西门子s7-200PLC连接相关设置如下： 2、欧姆龙变频器参数设置：n01=08；n02=01；n03=02；n32=0.4
五、程序功能的详细说明 1、MCGS组态设计，设计的界面以及功能如下： （1）电机运转前必须先输入转速（例如800 r/min）然后点击正转或反转按钮，为了安全，在电机转向切换时，先按停止，待电机停下再进行转向变换。 （2）该组态设置了电机转速报警，大于上限值（例如|1200| r/min）时停机报警。 （3）该组态可精准转换编码器转速对应频率。 （4）PID控制参数于PLC程序中编好，采用效果最好的一组。 （5）各参数设置详见上文第四硬件设置部分。 2、西门子s7-200PLC原程序详细说明如下：（见下页）
论电动机及其工作系统节能技术研究的意义与前景 摘要能源是国民经济发展的基础资源，节能应成为当今人类关注的大事，电动机及其工作系统电效能的提高应首当重视。明确提出：电动机及其工作系统节能技术的内涵是：按照本技术领域一个世纪来已为理论阐明的重大课题，实现与完成实用电动机及其工作系统经济运行达到最佳“整体电效能”的基本技术—信控技术。节电产品与节能技术，前者是“流”后者是“源”，二者是“牵引”与“推动”的关系。权衡节能技术及其产品的准则是“整体电效能”提高与否。任何一个装置介入系统中就成为系统的一个“元素”，该“元素”对系统的影响与作用量化为“权重值向量”。提出建立“评价模型”来评估产品的优劣。电动机节电技术的前景归纳为“深化技术”，“强化管理”。 关键词节电技术电动机及其工作系统整体电效能评价模型权重向量 能源是国民经济发展的基础资源，是制约生产力发展的重要因素。电能是一种广泛利用的优质能源，电力是工业动力之源，电动机是将电能转换成机械能的枢纽，当今世界上一切电力拖动基本上都是通过这一形式来实现的。电动机的广泛应用，近百年来使整个世界的生产力获得了迅猛发展，同时它的耗电（世界各国）一直占驻国家总电量的一半以上，现代社会随着生产力的发展，运行电动机的总量还在与日俱增，更加速了电力的生产，加速了一次能源（煤、石油）的开采，据有关文献的估计，还有一个世纪，这些有限的一次能源诸将开采殆尽。因此，提高现有能源的利用效益应成为当今人类关注的大事。对于占驻主要耗电量的电动机及其供配电系统的电效益的提高应首当重视。这方面有待国家统筹方略。 1．明析电动机及其工作系统节能技术的内涵，节能产品与节能技术的关系节能产品与节能技术其内涵相关，但二者寓于不同范畴。节能产品是一种装置，节能技术是创造与应用节能产品的技术基础。二者在内缘上，前者是“流”，后者是“源”；在外延关系上是“牵引”与“推动”的作用。 今天，许多人们对节能技术的内涵，仅仅从某一局部的具体技术实践来描述。如称“调频调速”是电动机节电技术；“可控硅电流通角控制用于控制电动机电流”是电动机节能技术，……，诸此种种，如同上世纪八十年代，有些人们竟把白炽灯回路里串入二极管的做法认为是发现了“电光源节电技术”，还有人把这一做法衍试到日光灯电路中串入一根电阻丝而制作的日光灯节电器一时甚嚣尘上。对这样的技术实践，如果只从某一角度来认识或许也是对的，但很不全面，尚不足以表达其实质内容。 数十年乃至电动机问世一个多世纪以来，本行技术界为进一步提高电动机及其工作系统的“整体电效能”的课题上不断深入探讨。为我们今天在关于电动机及其工作系统节电技术的研究与实践，阐明了理论依据，指明了技术方向。根据文献的论述，当今电动机及其工作系统节能技术的基本内涵，应该是：“按照本技术领域已为理论家所阐明的几大课题目标：1）动态Y/ △双向转换，2）就地无功补偿，3）清除电网谐波改善供电质量，实现完成实用电动机及其工作系统经济运行达到最佳“整体电效能”的基本技术——信息处理与智能全自动控制技术”。 这个电动机及其系统节能技术的内涵，明确了课题的既定内容，以及达标的整体效果和实现目标的技术途径。从课题的展开到归结，其权衡的准则只有一个，那就是电动机及其工作系统的“整体电效能”。整体电效能提高了就是节电，没提高就是不节电，降低了就是费电。这里还要着重指出的是“整体”而不是某一局部。
目录 1 总体方案的确定 (1) 1.1 对步进电机的分析 (1) 1.2 电机的控制方案 (2) 1.3 控制算法的方案 (3) 1.4 串口通讯的模拟 (3) 2 硬件的设计与实现 (4) 2.1 微处理器的选择 (4) 2.2 控制电路的实现 (4) 2.3 键盘和显示电路 (6) 3 软件的设计与实现 (6) 3.1 控制信号输入程序 (7) 3.2 步进电机控制程序设计 (8) 3.3 程序分析及说明 (9) 4 系统的仿真与调试 (10) 4.1 程序的调试 (11) 4.2 串口通信的调试 (11) 4.3 调试结果及分析 (11) 5 设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
步进电机速度控制系统设计报告 1 总体方案的确定 系统以单片机为核心，接收并分析来自键盘或串口的控制指令，经过CPU 的逻辑计算输出控制信息，让步进电机按要求转动。由于步进电机是开环元件，系统不需反馈环节，但也同时要求控制信号足够精确。此外，为实现单片机与电机之间信号对接，需要加入步进电机驱动单元。 1.1 对步进电机的分析 步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电式数模转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。很明显，指令脉冲的总数就决定了数控系统的工作台或刀具的总位移量，指令脉冲的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决于步进电机的性能。 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单极性的直流电源。要是步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适当的时序进行通电。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，即可达到调速的目的。本设计是用单片机输出可调脉冲作为单片机的控制信号，通过改写脉冲频率调节单片机转速。 常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，但噪声和振动都很大。混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点,它又分为两相和五相,应用最为广泛。单片机管脚输出电压一般不足以驱动步进电机转动，所以需要在单片机和步进电机之间加入驱动电路。
电机节能改造初步方案 2015 年 4 月
企业简介 是国家发改委、财政部备案的专业服务机构。公司按国际合同能源管理（EMC）模式提供节能技改服务，同时还致力于节能新技术、新产品的研发和应用。 公司的主营业务有： 1、循环水泵在线节能改造服务（包括循环水系统在线增容改造服务） 2、循环水系统在线清洗及保洁增效服务（采用独一无二的流体增效剂） 3、超高效电机改造服务（采用超高效永磁同步电机） 4、对泵阀产品及管路的超高性能的快速表面耐磨处理和修复处理服务（采用独特的表面硬 化材料或防腐材料） 5、帮助工业企业建立能源自动化监控系统，实现全面管理节能。 以上各种业务可广泛应用于钢铁、有色、化工、化肥、电力、石油、纺织医药、市政公共建筑等各领域的循环水系统或电机本身节能改造服务。 电机节能改造服务，是我公司响应国家高效电机节能改造政策，以国家稀土永磁电机工程技术研究中心、中科院材料研究所为技术依托背景，以我司南通威尔电机（内设国家电机检测中心）为生产基地向广大用户合作推行的一项机电领域革命性的超高效电机技术改造服务。 一：现场运行工况 根据贵单位提供的制药反应釜、离心机、冷却塔风机电机数据，原电机属于Y型系列，使用年限较长、电机效率和功率因数都较低，已列入国家计划淘汰高耗能产品名录，现针对制药反应釜、离心机、冷却塔风机做了一个初步电机节能改造方案。 原电机型号数量如下：
二：节能技改方案 根据电机运行工况现场调查，我公司建议更换超高效电机方案如下： 注：制药反应釜还有20台、20台15KW电机尚未做运行工况现场调查，暂列入第二批电机节能改造。 本次电机改造选用YXT系列超高效三相稀土永磁同步电动机及必要的电机控制设备，高效节能、性能优异、安全可靠。 稀土永磁同步电机的电机节能改造技术特点： 节能原理： ?永磁同步电动机，是在电动机转子内部安装稀土永磁体以代替异步电动机转子绕组产生感应磁场。所以在电机运行时转子没有电阻损耗，定子减少电阻损耗，电机总损耗减少
PID 电动机转速控制与显示 摘要：在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用。本文以A T89S51单片机为控制核心，产生占空比受数字PID 算法控制的PWM 脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。在系统中采128×64LCD 显示器作为显示部件，通过4×4键盘设置P 、I 、D 、V 四个参数和正反转控制，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速和运行时间。该系统控制精度高，具有很强的抗干扰能力。 关键词：数字PID ；PWM 脉冲；占空比；无静差调节 1．PID 控制技术简介 1.1 PID 算法 控制算法是微机化控制系统的一个重要组成部分，整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。目前提出的控制算法有很多。根据偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ）进行的控制，称为PID 控制。实际经验和理论分析都表明，PID 控制能够满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最为广泛的控制算法之一。下面分别介绍模拟PID 、数字PID 及其参数整定方法。 1.1.1 模拟PID 在模拟控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID 控制，常规PID 控制系统原理框图如图1.1所示，系统由模拟PID 调节器、执行机构及控制对象组成。 图1.1 模拟PID 控制系统原理框图 PID 调节器是一种线性调节器，它根据给定值)(t r 与实际输出值)(t c 构成的控制偏差： )(t e =)(t r －)(t c （1.1） 将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID 调节器。在实际应用中，常根据对象的特征和控制要求，将P 、I 、D 基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。例如，P 调节器，PI 调节器，PID 调节器等。 模拟PID 调节器的控制规律为 ]) ()(1 )([)(0 dt t de T dt t e T t e K t u D t I p ++ =? （1.2）
ICS03.080.01 A 12 DB13 河北省地方标准 DB 13/T 2025—2014 电动机系统变频调速节能改造规程 2014-07-07发布2014-07-31实施河北省质量技术监督局发布
DB13/T 2025—2014 前言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由石家庄市质量技术监督局提出。 本标准起草单位：河北玖翔节能技术有限公司、河北省冶金行业协会、石家庄经济学院、河北省产 品质量监督检验院、石家庄市节能监察中心。 本标准主要起草人：刘庆荣、焦辉广、王大勇、刘勇军、杨计延、陈俊芬、秦彭、于洋、刘东水、 王孟。
电动机系统变频调速节能改造规程 1 范围 本标准规定了电动机系统变频调速节能改造的总则、改造、验收与维护服务。 本标准适用于电动机系统变频调速节能改造项目。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 24915 合同能源管理技术通则 GB/T 13471-2008 节电技术经济效益计算与评价方法 GB 50168 电气装置安装工程 电缆线路施工及验收规范 GB/T 19012-2008质量管理 顾客满意 组织处理投诉指南 3 总则 3.1 基本原则 电动机系统节能改造应遵守国家法律法规及产业政策要求，执行国家、行业和地方相关技术标准的规定，遵循安全、环保、节能、适用的原则。 3.2 基本要求 3.2.1 节能改造单位应具备电动机系统能耗基准确定及测试能力，并与之相匹配的技术人员和检测仪器。 3.2.2 现场设备工况采集时须遵守用能企业相关安全操作规程。 4 改造 4.1 改造准备 4.1.1 确定改造意向 根据用能单位电动机系统的能耗管理现状、拟改造的节能项目需求，确定改造意向。 4.1.2 采集电动机系统设备工况 统计了解用能企业电动机系统的运行情况，采集各设备数据。采集数据时应以实测数据为主，同时采集额定数据及1年内运行记录。工况采集表参见附录A。 4.1.3 进行节能诊断 4.1.3.1 计算、分析采集数据，确定节能潜力。
大连理工大学本科设计报告题目：步进电机转速控制系统设计 课程名称：单片机综合设计 学院（系）：电子信息与电气工程学部 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 成绩： 2013 年7 月20 日
题目：步进电机转速控制系统设计 1 设计要求 1)利用ZLG7290的键盘控制直流电机（或步进电机的转速、转向）； 2)也可以利用ADC模块（与电位器配合），利用电位器控制转速； 3)利用ZLG7290的8位LED数码管显示电机转向、转速参数显示。 2 设计分析及系统方案设计 实验要求使用步进电机作为被控制对象，由ZLG7290做人机对话平台，利用单片机的P1（8位）和P3（部分口线）构造系统。实验最终实现功能、设计思路以及方案设计如以下几个小节所述。 2.1 系统设计实现功能 根据设计要求、现有设备以及知识储备，完成功能如下： ①由按键S1~S8实现转速切换，其中S1~S4正转，S5~S8反转 ②按键S16作为停止键，按下S10后步进电机停止转动，再按S1~S16步进电机按 照按键对应转速以及转向转动 ③按键S10作为复位键，当按下S10后，无论当前处于何种状态，系统恢复至初 始态 ④8为LED数码管显示当前步进电机转速（speed=0/1 1~4），转速前0表示正转， 1表示反转 ⑤若按下停止键，数码管显示当前转速；若按下复位键，数码管显示初始态speed=00 2.2 设计思路 本次的设计是LED显示与步进电机相结合以及若干功能键的组合的一种设计。根据之前学习的按键中断显示实验和定时器实验，使用INT0和INT1，INT0作为按键中断，INT1作为定时器。在主程序中实现LED初始显示、定时器计时初始、按键中断初始。INT0中断调用中断服务子程序实现对按键键值的判断，并根据相应的按键值实现对应步进电机的变化，并显示该按键对应的转速。INT1定时器中断根据INT0的按键键值，对定时器设定相应的初值，实现步进电机按规定的转速转动。对于按键停止，则是利用中断优先级，当INT0的中断优先级高时，系统进入中断，此时INT1停止计时，也就实现了步进电机的停止，当改变定时器与按键中断的优先级时，即把INT0设为低优先级，INT1设为高优先级，步进电机重新开始转动。此时添加一个对INT0位地址的查询，若有按键即正/反转的4档转速所对应的按键，步进电机开始重新转动。对于复位功能，则同样是利用按键键值的判断，在对应键值下控制电机初始化。
一、案例名称 丹江口铝业有限公司电机系统节能改造项目 二、案例业主 丹江口铝业有限责任公司，现有第一、第二电解铝厂、铝板带厂等7个生产单位、湖北丹江铝业股份有限公司等4个控股子公司。丹江铝业公司现有员工3400名，总资产10亿元，年销售收入8亿元。生产规模现居全国铝行业14位。 三、项目实施单位 上海中际电气公司 四、案例内容 (一)技术原理及适用领域 采用最新的集成电路芯片控制技术，以“动态跟踪节能管理控制系统软件”和“模糊神经控制软件”为主导，以计算机技术、无极变速技术为控制手段，动态跟踪检测和反馈电机运行的功耗变化及供电电网变化情况，并对运行反馈信号进行运算、控制，随时改变对电机的供电状况，动态调整电动机运行过程中的电压和电流，使运行电压和电流达到最佳状态，从而有效避免电机因出力过度造成的电流浪费。在不改变电机系统正常运行状态下，保证它的输出转矩与负荷需求精确匹配，使电机始终在最佳状态中运行，达到电机的全自动智能化控制，最大限度地节约电能。 本技术可用于风机、水泵、空压机等电动机拖动系列节能，适用于工厂和建筑楼宇的节能改造，行业涵盖面广，包括钢铁、电力、化工、冶金、水泥、轻工、医药、商业等领域。 (二)案例实施情况 本项目通过设备节能和能源管理系统，整体节能，分步实施。 循环水系统改造，冷水泵，拖动方式一拖一，具有备切功能，每运行8小时可以自动或手动切换到同一变频器下的另一台电机运行，根据末端温度自动调节水泵转速;热水泵，运用一拖二方式运行同启同停，根据管网温度自动闭环调节，具有高限保护确保冷却塔不超最大容量;冷却风扇，运用一拖二方式根据散热器出水温度实现闭环控制，并设定时间段每天分三个时段自动投切运行。总体来讲此系统运用了最优化控制原理、模糊控制、计算机闭环自动控制等技术，节能率达到45%。 净化除尘风机系统，采用一台变频器拖三台电机。在检修时或电机、变频器故障时通过高压切换柜刀闸，手动切换至一台或两台电机在工频运行，满足净化除尘净化系统生产。频率控制方式采用变频器本体控制和现场远程控制两种，现场具有合闸状态、频率设定与显示和跳闸功能。本系统采用了32位高速DSP芯片精确算法、PLC控制技术，控制器结构上采
直流电动机转速控制 王文玺 （北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京） 摘要：通过对直流电动机控制系统的建模，再利用Matlab对建模后的系统进行分析，来加深对自动控制系统的理解。找到系统的输入、输出，理清经历各环节前后的信号变化，找出系统传递函数。 关键词：直流电动机、Matlab、建模、传递函数 1、直流电动机动态数学模型建立 1.1直流电机数字PID闭环速度控制，系统实现无静差控制。 这是一个完整的带PID算法的直流电动机控制系统。目标值为给定的期望值，期望值与被测输出结果形成的反馈做比较，得到误差信号。误差信号经过PID控制环节得到控制信号。继而经历驱动环节得到操作量，驱动量作用与对象即电动机然后得到输出信号即转速。转速通过传感器得到反馈信号。 1.2PID控制环节 1.3被控对象（直流电动机）的统一数学模型 信号类型一次为，输入信号为电压，然后电流、电流、转矩、转速，反馈信号为电压。
各环节的比例函数为： 1.3.1额定励磁条件下，直流电机的电压平衡关系： （Ud为外加电压，E 为感应电势，R a为电枢电阻 ，La为电枢电感，i a为电枢电流。） 拉氏变换后： （ra—L ／R ，为电枢时间常数） 1.3.2直流电机的转矩平衡关系及拉氏变换： （Te 为电磁转矩，Tl 为负载转矩，B为 阻尼系数，J 为转动惯量，w为电机机 械转速，rm=J／B，为机械时间常数） 1.3.3电动机传递函数 可见直流电动机本身就是一个闭环系统，假设电机工作在空载状态，且机械时间常数远大于电枢时间常数，则电机传递函数可近似为： 1.4具体实例 电枢控制直流电动机拖动惯性负载的原理图，涉及的参数有：电压U为输入，转速为输出，R、L为电枢回路电阻、电感，K 是电动机转矩系数，K 是反电动势系数，K 是电动机和负载折合到电动机轴上的黏性摩擦系数，．厂是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。已知：R一2．0 Q，L：==0．5 H ，K = Kb一0．015，Kf一0．2 Nms，J— o．02kg．m 。 ( 取电压U为输入，转速叫为输出，由已知条件和原理图，根据直流电机的运动方程可以求出电动机系统的数学模型为：
电机系统节能技术发展分析
电机系统包括电动机，被拖动装置，传动系统，控制（调速）系统以及管网负荷等，是一个涉及多学科、多专业、多领域的复杂系统。电机系统首先是通过电动机将电能转化为机械能，再通过被拖动装置（如风机，水泵，压缩机，机床，传送带等）做功，实现各种所需的功能。 电机系统节能是二十一世纪电机行业产品发展的必然趋势，目前世界各国在本行业都向绿色化、高效化、智能化方向发展，大家已经意识到电机系统节能技术在本行业乃至全国经济社会发展中的重要作用，已经纷纷投入到电机系统节能技术的研究中，正积极通过法令推动电机系统降低损耗、提高效率。 电机系统用于各行各业，涉及各种复杂多样的工况，不同的负载特性，千差万别的工艺过程，因此，电机系统节能工程技术是在首先满足负载要求功能的前提下，选用合适的系统部件，并将它们合理组合匹配，以使系统综合节能效果和系统性价比达到最佳或较佳的综合工程技术。 以下是国外某权威机构推荐的不同节能措施及可能达到的节能量。 表不同节能措施的节能量 注1：具体节能措施不是上述措施的简单累加，而可能是上述一种或多种措施的组合。
从上表可知，除管网外，电机系统节能的所有措施，主要是围绕电动机来展开的，如设计、制造和选用通用或专用高效或超高效电动机，电动机和负载合理匹配的正确选型以及设计和制造出既能满足负载特性要求，又能得到很好节能效果且性价比高的专用高效电动机或高效机组（如电机-水泵、电机-风机机组等），通过调速驱动，软启动，调压控制，功率因数补偿等措施节能，电能的质量控制等。并且如果高效电动机和高效终端设备和调速装置不能合理的匹配（通用高效电动机往往难以在许多复杂负载情况下使系统达到高效），综合节能效果将不理想，造成“高成本的高效电机和高效终端设备或调速装置组合在一起不节能或节能不明显“的结果。因此，电机系统节能工程是一个复杂的系统工程。 我国目前在通用电机产品本体节能技术研究方面已经开展了一些工作，但在其成套化，系统化，工程化应用方面尚有大量工作要做，我国在专用高效电机的工程化技术研究和应用方面与国外先进水平差距很大，在电机系统综合节能工程技术研究和系统节能产品工程技术研究方面，与国外先进水平差距很大。 1、国外电机系统节能发展现状 发达国家政府对电机及系统节能技术的研究开发投入了巨额财政资助，除辅以政策法规推动之外，还积极推动全世界的电机及系统节能技术的发展，如“中国电机系统节能项目”就是由联合国工业发展组织和美国能源部提供援助资金，国外电机及系统的发展具有以下特点： 1）、高效、超高效电机市场推进速度加快 主要发达国家都在各自的发展计划中提出了明确的强制推行高效电机的时间如表4。 表4.各国高效、超高效电机推进情况
电子器件市场调研与系统设计实践 专业:*** 名: 号: 指导教师:
**** —大^学 ****学院 **** 年**月**日 基于单片机的步进电机调速与正反转控制系统 1 系统要求 步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线 位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。本设计基于单片机控制的步进电机设计课题是以单片机为主控制模块，从而实现电机的启停、正反转和调速的目的的一个设计课题。在课题设计之前，通过互联网了解到了当前步进电机的发展状况及发展前景。同时也了解了当今最先进的步进电机所具备的功能，方便为课题设计提供参考和借鉴；最后，通过画原理框图的形式，以最直观的方式为整个课题设计制定了流程及要求。 1.1 设计目的 《电子器件市场调研与系统设计实践》是本专业的重要实践教学环节，强调实际应用技能训练。结合自动化专业系列课程的学习，培养我们对电子器件的认知，锻炼我们的市场调研能力，加深我们对自动化专业系列课程知识的掌握。通过课程设计环节培养学生与人交往、独立思考和处理问题的能力。 1.2 设计内容及要求 本次课程设计所选的步进电机是四相步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角” ），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本次课程设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。另外通过单片机实现它的正反转，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，
目录 第一章可行性研究报告概述 (1) 1.1项目名称 (1) 1.2项目承担单位 (1) 1.3项目建设地点 (1) 1.4可研报告编制单位 (1) 1.5项目概述及主要经济技术指标 (1) 第二章编制目的、依据、原则和范围 (5) 2.1编制目的 (5) 2.2编制依据 (5) 2.3编制原则 (5) 2.4可行性研究的范围 (6) 第三章建设的必要性 (7) 3.1符合国家“十一五”规划纲要和循环经济要求 (7) 3.2环境保护和节能降耗的需要 (8) 3.3企业可持续发展的需要 (9) 第四章项目建设条件 (10) 4.1主体工程概况 (10) 4.2厂址选择 (12) 4.3公用设施及社会依托条件 (12) 第五章改造规模与产品方案 (15) 5.1改造规模 (15) 5.2生产方案 (15) 第六章生产设备节电技改方案 (16) 6.1企业能耗现状分析 (16) 6.2改造设备运行参数 (16)
6.3技术方案、设备方案 (17) 6.4项目建议改造方案 (22) 6.5消耗定额 (25) 6.6小结 (25) 第七章项目实施机构和项目法人 (28) 7.1项目实施机构 (28) 7.2项目法人 (28) 第八章环境保护 (28) 第八章环境保护 (29) 第九章社会经济效益 (31) 9.1环境效益 (31) 9.2社会效益 (31) 第十章节约和合理利用能源 (33) 10.1节能依据及标准 (33) 10.2节能设计原则 (33) 10.3能耗分析 (33) 10.4节能措施及节能效果分析 (34) 第十一章环境安全与劳动保护 (35) 11.1安全 (35) 11.2劳动保护 (36) 第十二章生产管理与人员编制 (38) 12.1生产管理 (38) 12.2人员编制 (38) 第十三章项目实施进度 (39) 13.1建设工期 (39) 13.2项目实施时期各阶段进度建议 (39)
摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。特别是在直流电动机广泛应用的电气传动领域，起到至关重要的作用。直流电动机因为具有良好的调速性能和比较大的起动转矩，一直被应用在电气领域，尤其是在需要调速性能很高的场所。在制造业、工农业自动化、铁路与运输等行业都被广泛的应用，随着市场的竞争力，对直流电动机的需求也越来越高，同时对直流电动机的调速性能也有了更高的要求。因此，研究直流电动机转速控制系统的调速性能有着很重要的意义。 在本次的设计中采用PWM控制直流电动机转速。PWM脉冲受到PID算法的控制，被用来控制直流电动机的转速。同时利用安装在直流电动机转轴上的光电式传感器，将直流电动机的转速转换成脉冲信号，反馈到单片机，形成闭环反馈控制系统，改变不同占空比的PWM脉冲就可以实现直流电动机转速控制。 本论文对每一个方案的选择都进行详细的论述，在软件和硬件部分都进行了模块化。硬件部分首先给出一个以AT89S52单片机为核心的整体结构图，并对驱动电路、显示电路等模块进行详细的阐述。在软件部分给出整体程序流程图，对PWM 程序、PID算法程序、显示程序等模块详细的阐述。本次系统设计的具有抗干扰能力强、性价比高、维修简单方便等优点。 关键词：PWM；单片机；直流电动机；转速控制
Abstract Nowadays, automatic control system has been widely used and greatly developed in all walks of life. As the dominant part of electric drive, direct current (DC) control plays an important role in modern production, especially in the DC motor is widely used in the field of electric transmission. DC motor because of its good speed control performance and relatively large starting torque, has been applied in the electrical field, especially in the high speed performance requirements of the occasion. Is widely used in the manufacturing industry, industry and trade of agricultural automation, rail and transit industry, with the competitiveness of the market, the demand of DC motor is also more and more high, also of the DC motor speed performance also has the higher requirements. Therefore, it is very important to study the speed control performance of the DC motor speed control system. In this design, using PWM control DC motor speed. PWM pulse is controlled by the PID algorithm, PWM is used to control the speed of DC motor. At the same time, the hall sensor mounted on the rotational shaft of the DC motor, the DC motor speed is converted into a pulse signal, feedback to the microcontroller, form a closed loop feedback control system, changing the duty ratio of the PWM pulse can realize DC motor speed control. In this paper, the choice of each program are discussed in detail, in both the software and hardware parts are modular. In the part of hardware, we first give a whole structure diagram with AT89S52 single chip microcomputer as the core, and elaborate the driving circuit, display circuit and other modules in detail. In the software part gives the overall program flow chart, the PWM program, PID algorithm program, display program, and other modules are described in detail. The system design has the advantages of strong anti-interference ability, high cost performance, easy maintenance and so on. Key Words: PWM; microcomputer; DC motor; speed control