交流異步電機軟起動及優(yōu)化節(jié)能控制的技術(shù)研究

(3)突加負載控制

當電動機軸上的負載急劇上升時，又要能在極短的時間內(nèi)(100ms)將電壓提升到額定值，保證軸上有足夠的功率輸出，否則電機就會發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。所以微處理器在進行輸入功率優(yōu)化控制的同時，又監(jiān)視負載功率的變化率，一旦負載功率的變化率超過預先設定的閾值時，即判定為突加負載，立即提升電機端電壓，保證電機對負載變化的快速響應能力。

表2按最佳調(diào)壓系數(shù)進行降壓后節(jié)省的電量計算值 電動機負載系數(shù)β0.10.20.30.40.50.6

最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)KUm0.3740.530.6470.7470.8360.916

節(jié)省的有功功率ΔP(kW)24.217.011.06.43.00.86

節(jié)省的無功功率ΔQ(kvar)386.5300.8224.8157.097.647.2

節(jié)省的綜合有功功率ΔP+KqΔQ(kvar)47.435.0524.515.88.863.7

U=UN時電機綜合功率損耗PC(kW)59.3462.0466.5372.8380.9390.82

節(jié)電率(%)79%56.4%36.8%21.7%11%4%

3.3優(yōu)化節(jié)電的適用對象

對于電機轉(zhuǎn)速無嚴格要求，及不需要調(diào)速運行的場合，特別是對于經(jīng)常大幅度變動的負載，或者長時間處于輕載或空載的電動機，例如軋鋼機、鍛壓機、抽油機等負載，使用優(yōu)化節(jié)電技術(shù)，可以收到明顯的節(jié)電效果。其節(jié)電量視電動機的負載系數(shù)及輕載運行的時間長短而定。

3.4降壓起動優(yōu)化節(jié)電計算實例

為一臺輕載運行的Y1600—10/1730型6000V電動機配置一套優(yōu)化控制系統(tǒng)，著重計算其起動性能參數(shù)和節(jié)電效果。

Y1600—10/1730型電動機的原始數(shù)據(jù)：額定功率PN=1600kW，額定電壓UN=6.0kV，額定電流IN=185A，額定轉(zhuǎn)速nN=595r/min;最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)=最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=2.22，起動電流倍數(shù)=堵轉(zhuǎn)電流/額定電流=5.53，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)=堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=0.824，額定效率ηN=94.49%，額定功率因數(shù)cosφN=0.879。電動機額定負載時的有功損耗ΣPN=93.3kW，電動機的空載損耗PO=29.6kW，電動機的空載電流IO=46.25A，電動機帶額定負載時的無功功率QN=918kvar，電動機的空載無功功率QO=480.6kvar。

(1)輕載運行降壓節(jié)電效果計算

①不同負載系數(shù)下，電動機的最佳調(diào)壓系數(shù)KUm的計算按式(3)進行，計算結(jié)果示于表2：

②當U=UN時，不同負載系數(shù)下，電動機的綜合功率損耗ΣPC的計算按式(7)進行[1]，計算結(jié)果示于表2。ΣPC=PO+β2(ΣPN-PO)+KQ[QO+β2(QN-QO)](7)

③按最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)進行調(diào)壓后節(jié)省的電量計算按式(4)、式(5)和式(6)進行，計算結(jié)果示于表2。

(2)降壓起動時電動機起動特性估算

由電動機的原始數(shù)據(jù)得知，電動機直接起動時，起動參數(shù)如下：起動電流IK=5.53IN，起動轉(zhuǎn)矩MK=0.824MN。

①采用降壓起動時，調(diào)壓系數(shù)KU的確定：

KU=(8)

式中：Un為電動機電壓，V;

UN為電動機額定電壓，UN=6.0kV

Mn為生產(chǎn)機械要求的最小起動轉(zhuǎn)矩，當采用輕載起動方式時，Mn≥0.2MN。

代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得KU==0.493。

②采用降壓起動時，起動參數(shù)計算

起動電流In=KU·IK=2.72IN

起動電壓Un=KU·UN=0.493UN=2960V

起動轉(zhuǎn)矩Mn=KU2·MK=0.2MN

③降壓起動的節(jié)電效果計算

直接起動時從電網(wǎng)吸收的無功功率QK為[1]

QK=(9)

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得

QK=

=10631.6kvar

降壓起動時從電網(wǎng)吸收的無功功率Qn為[1]

Qn=(10)

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得

Qn=

=2579.7kvar

節(jié)約的無功功率△Qn為：

△Qn=QK-Qn=8052.1kvar

電網(wǎng)傳輸△Qn所消耗的有功功率△Pn為：

△Pn=KQ·△Qn=0.06×8052.1=483.1kW

降壓起動的無功節(jié)電率λ為：

λ=×100%=×100%=75.7%

4異步電動機的調(diào)壓調(diào)速

異步電動機的調(diào)壓調(diào)速屬低效調(diào)速方式，因為在調(diào)速過程中始終存在轉(zhuǎn)差損耗，因此調(diào)壓調(diào)速有很大的限制，不是任何一臺普通的籠型電機加上一套晶閘管調(diào)壓裝置，就可以實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的。

首先必須改變電動機的外特性，新的外特性必須使電動機有一個寬廣的穩(wěn)定的調(diào)速范圍。一般要采用高轉(zhuǎn)差率電機，交流力矩電機或在繞線式電機的轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻的方法，并且要加上轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，才能進行穩(wěn)定的調(diào)速。

其次是要將調(diào)速過程中由于轉(zhuǎn)差功率引起的轉(zhuǎn)子的溫升很好地導出機外，才能實現(xiàn)長期穩(wěn)定工作。這里可采取旋轉(zhuǎn)熱管結(jié)構(gòu)，也可采取特殊風道冷卻結(jié)構(gòu)，都是行之有效的方法。

在電力電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，變頻調(diào)速裝置的價格已不再昂貴的情況下，再考慮調(diào)壓調(diào)速，似乎已無多大的現(xiàn)實意義了。

5智能馬達優(yōu)化控制器(IMOC系列)

在對交流異步電動機軟起動和優(yōu)化節(jié)電技術(shù)長期深入研究的基礎上，研制成功了智能馬達優(yōu)化控制器(IMOC系列)，適配電機功率從5.5kW～110kW。

該控制器采用了16位馬達控制專用單片微處理器Intel80C196MC，具有完善的檢測控制功能;主功率器件則采用具有世界高技術(shù)水平的專利產(chǎn)品——集成移相調(diào)控晶閘管模塊，該模塊突破以往晶閘管模塊的概念，將復雜的移相控制電路與晶閘管管芯創(chuàng)造性地集成為一體，組成一個完整的電力移相調(diào)控的開環(huán)系統(tǒng)。用它組成的控制器，不但使體積大大縮小，而且增加了設備的可靠性和抗干擾的能力。

在技術(shù)上更是集眾家之長，并大大突破國內(nèi)外同類產(chǎn)品的功能，除了起動保護，優(yōu)化節(jié)電外，還增加了風機、水泵類負載的調(diào)速功能，抽油機間歇工作節(jié)電功能，無功功率就地補償功能。尤其是完善的保護功能：過電流、過電壓、過負載、短路、接地、缺相、相間不平衡及功率模塊超溫和電機超溫保護等功能，是電機安全經(jīng)濟運行的保護神。該控制器具有以下功能特點：

(1)16位微電腦智能化控制，鍵盤設定，數(shù)碼顯

示，操作簡單直觀;

(2)軟起動，軟停車功能，有效減小起動沖擊;

(3)優(yōu)化馬達運行方式，節(jié)電、改善功率因數(shù);

(4)風機、水泵類負載的調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制功能;

(5)具有泵控制功能，可避免或減小液流喘振和

“水錘”效應;

(6)具有相平衡和電源電壓自動補償功能;

(7)具有完善的保護、報警功能;

(8)起動方式、起動電壓、起動電流、額定電流及

負載類型等參數(shù)均可設定;

(9)具有遠方控制及聯(lián)網(wǎng)通訊功能;

(10)自診斷功能。

經(jīng)過在不同工業(yè)現(xiàn)場的長期使用，取得了可觀的經(jīng)濟效益。

6結(jié)論

(1)電子式軟起動器結(jié)構(gòu)簡單，較之傳統(tǒng)的△/Y起動器，自耦變壓器起動器具有無觸點、無噪音、重量輕、體積小，起動電流及起動時間可控制，起動過程平滑等優(yōu)點，并且維護工作量小。當電動機空載或輕載時，節(jié)能效果顯著，特別適用于短時滿載，長時間空載的負載。

(2)對于高轉(zhuǎn)差電機，實心轉(zhuǎn)子電機，力矩電機等，尤其是在帶風機、水泵類負載時，有較好的調(diào)速性能，但不適用于普通的籠型電機調(diào)速。

(3)采用智能控制器，具有完善的電機保護功能，保護整定值設置方便，保護性能可靠。

(4)其最大缺點是由于采用晶閘管移相控制，故對電網(wǎng)及電機均存在諧波干擾。