交流異步電機(jī)軟起動(dòng)及優(yōu)化節(jié)能控制技術(shù)研究機(jī)械技術(shù)

1、.交流異步電機(jī)軟起動(dòng)及優(yōu)化節(jié)能控制技術(shù)研究1 前 言 目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動(dòng)機(jī)(包括380V/660V低壓電動(dòng)機(jī)和3KV/6KV中壓電動(dòng)機(jī)),有相當(dāng)多的異步電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀態(tài),白白地浪費(fèi)掉大量的電能究其原因,大致是由以下幾種情況造成的: 由于大部分電機(jī)采用直接起動(dòng)方式,除了造成對(duì)電網(wǎng)及拖動(dòng)系統(tǒng)的沖擊和事故之外,810倍的起動(dòng)電流造成巨大的能量損耗 在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)容量選配時(shí),往往片面追求大的安全余量,且層層加碼,結(jié)果使電動(dòng)機(jī)容量過大,造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)偏離最佳工況點(diǎn),運(yùn)行效率和功率因數(shù)降低 從電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械自身的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性考慮,往往要

2、求電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有變壓變速調(diào)節(jié)能力,若用定速定壓拖動(dòng),勢(shì)必造成大量的額外電能損失 電動(dòng)機(jī)的非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況,早已引起國(guó)家有關(guān)部門的重視,并分別于1990年和1995年制定和修定了一個(gè)強(qiáng)制性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行(GB12497-1995)希望依此來規(guī)范三相異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,國(guó)標(biāo)的發(fā)布對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起了很大的促進(jìn)作用,但對(duì)中壓電動(dòng)機(jī)則收效甚微其原因是: (1)中壓電動(dòng)機(jī)一般容量較大,一旦發(fā)生故障,其影響也大,因此對(duì)節(jié)電措施的可靠性的要求就更高; (2)中壓電動(dòng)機(jī)節(jié)電措施受電力電子功率器件耐壓水平的限制,節(jié)電產(chǎn)品的開發(fā)在技術(shù)上難度更大一些 到目前為上,國(guó)內(nèi)尚無成型的中壓電動(dòng)機(jī)

3、軟起動(dòng)和節(jié)電運(yùn)行的產(chǎn)品面市2 異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng) 由于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的不斷更新和發(fā)展,對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能提出了越來越高的要求,歸納起來有以下幾個(gè)方面: 要求電動(dòng)機(jī)有足夠大的,并且能平穩(wěn)提升的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和符合要求的機(jī)械特性曲線; 盡可能小的起動(dòng)電流; 起動(dòng)設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)可靠,起動(dòng)操作方便; 起動(dòng)過程中的功率消耗應(yīng)盡可能的少根據(jù)以上相互矛盾的要求和電網(wǎng)的實(shí)際情況,通常采用的起動(dòng)方式有兩種:一種是在額定電壓下的直接起動(dòng)方式,另一種是降壓起動(dòng)方式 2.1 直接起動(dòng)的危害 直接起動(dòng)是最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方式,起動(dòng)時(shí)通過閘刀或接觸器將電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)上直接起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單,起動(dòng)速度快但是直接起動(dòng)的危害很

4、大; 電網(wǎng)沖擊:過大的起動(dòng)電流(空載起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的47倍,帶載起動(dòng)時(shí)可達(dá)810倍或更大),會(huì)造成電網(wǎng)電壓下降,影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行,還可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作,造成設(shè)備的有害跳閘同時(shí)過大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱,從而加速絕緣老化,影響電機(jī)壽命 機(jī)械沖擊:過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損,導(dǎo)致?lián)舸龣C(jī);轉(zhuǎn)軸扭曲,聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)齒輪損傷和皮帶撕裂等 對(duì)生產(chǎn)機(jī)械造成沖擊:起動(dòng)過程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道閥門的損傷,縮短使用壽命;影響傳動(dòng)精度,甚至影響正常的過程控制所有這些都給設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來威脅,同時(shí)也造成過大的起動(dòng)能量損耗,尤其當(dāng)頻繁起停時(shí)更是如

5、此因此對(duì)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)有以下限制條件: 生產(chǎn)機(jī)械是否允許拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng),這是先決條件; 電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)不大于供電變壓器容量的1015%; 起動(dòng)過程中的電壓降U應(yīng)不大于額定電壓的15%對(duì)于中大功率的電動(dòng)機(jī)一般都不允許直接起動(dòng),而要求采用一定的起動(dòng)設(shè)備,方可完成正常的起動(dòng)工作2.2 老式降壓起動(dòng)方式的適用場(chǎng)合及性能比較: 降壓起動(dòng)的目的是減小起動(dòng)電流,但它同時(shí)也使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降了對(duì)于重載起動(dòng),帶有大的峰值負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械,就不能用這種方式起動(dòng)傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)有以下幾種方法: (1)星形/三角形轉(zhuǎn)換器:這種方法適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用接法的電動(dòng)機(jī)定子有六個(gè)接頭引出,接到轉(zhuǎn)換開關(guān)上,起動(dòng)時(shí)采用星形接

6、法,起動(dòng)完畢后再切換成接法起動(dòng)電壓為220V,運(yùn)行電壓為380V這種起動(dòng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單,起動(dòng)過程中消耗能量少缺點(diǎn)是有二次電流沖擊,設(shè)備故障率高,需要經(jīng)常維護(hù),所以不宜使用在頻繁起動(dòng)的設(shè)備上在轉(zhuǎn)換過程中,由于瞬變電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)剩磁產(chǎn)生的電勢(shì)往往與電源電壓有相位差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓相加,引起過大的沖擊電流和電磁轉(zhuǎn)矩,因此大大地限制了它的使 用由于起動(dòng)電壓為運(yùn)行電壓的 ,故其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1/3,只能用在空載或輕載(負(fù)載率小于1/3)起動(dòng)的設(shè)備在電動(dòng)機(jī)輕載或空載運(yùn)行時(shí),也可利用該起動(dòng)設(shè)備作降壓運(yùn)行,以提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率 (2)自耦變壓器降壓起動(dòng):三相自耦變壓器(也稱補(bǔ)償器)高壓

7、邊接電網(wǎng),低壓邊接電動(dòng)機(jī),一般有幾個(gè)分接頭,可選擇不同的電壓比,相對(duì)于不同起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后再將其切除其優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電壓可以選擇,如0.650.8或0.9UN,以適應(yīng)不同負(fù)載的要求缺點(diǎn)是體積大,重量重,且要消耗較多有色金屬,故障率高,維修費(fèi)用高 (3) 磁控軟起動(dòng)器:磁控軟起動(dòng)器是利用控磁限幅調(diào)壓的原理,在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中電壓可由一個(gè)較低的值平滑地上升到全壓,使電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩勻速增加,起動(dòng)特性變軟,并可實(shí)現(xiàn)軟停車但其起控電壓在200V左右,用戶不可調(diào)整,會(huì)有較大的電流沖擊,且體積較大 (4) 對(duì)于高壓電機(jī),可在定子線路中串聯(lián)電抗器或水電阻實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng),待起動(dòng)完成后再將其切除但電抗器成

8、本高,水電阻損耗又大 (5) 對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī),可在轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器或水電阻實(shí)現(xiàn)起動(dòng),待起動(dòng)完成后再將其切除但頻敏變阻器成本高,而水電阻損耗又大其他還有延邊三角形起動(dòng),定子串電阻起動(dòng)等方法 值得指出的是:盡管各種老式降壓起動(dòng)方法各有其優(yōu)缺點(diǎn),但它們有一個(gè)共同的優(yōu)點(diǎn):就是沒有諧波污染 2.3 新型的電子式軟起動(dòng)器 隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外相繼開發(fā)出一系列電子式起動(dòng)控制設(shè)備,用于異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制,以取代傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備新型的電子式軟起動(dòng)器的主回路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路,調(diào)壓電路由六只晶閘管兩兩反向并聯(lián)組成,串接于電動(dòng)機(jī)的三相供電線路上當(dāng)起動(dòng)器的微機(jī)控制系統(tǒng)接到

9、起動(dòng)指令后,便進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算,輸出晶閘管的觸發(fā)信號(hào),通過控制晶閘管的異通角,使起動(dòng)器按所設(shè)計(jì)的模式調(diào)節(jié)輸出電壓,以控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程當(dāng)起動(dòng)過程完成后,一般起動(dòng)器將旁路接觸器吸合,短路掉所有的晶閘管,使電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行,以避免不必要的電能損耗 所謂“軟起動(dòng)”,實(shí)際上就是按照預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的降壓起動(dòng)過程目前的軟起動(dòng)器一般有以下幾種起動(dòng)方式: (1) 限流軟起動(dòng):限流起動(dòng)顧名思義就是在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程中限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值(Im)的軟起動(dòng)方式主要用在輕載起動(dòng)的負(fù)載的降壓起動(dòng),其輸出電壓從零開始迅速增長(zhǎng),直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im,然后在保持輸出電流I 這種起動(dòng)

10、方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小,且可按需要調(diào)整,(起動(dòng)電流的限值Im必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩來設(shè)定,Im設(shè)置過小,將會(huì)使起動(dòng)失敗或燒毀電機(jī))對(duì)電網(wǎng)電壓影響小其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降,不能充分利用壓降空間,損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,起 動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng) (2) 電壓鈄坡起動(dòng):輸出電壓由小到大鈄坡線性上升,將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)變有級(jí)為無級(jí),主要用在重載起動(dòng)它的缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,且轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升對(duì)起動(dòng)不利,且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)電機(jī)不利改進(jìn)的方法是采用雙鈄坡起動(dòng):輸出電壓先迅速升至U1,U1為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需的最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值,然后按設(shè)定的速率逐漸升壓,直至達(dá)到額定電壓初始電壓及電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整這種

11、起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)電流相對(duì)較大,但起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短,適用于重載起動(dòng)的電機(jī) (3) 轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng):主要用在重載起動(dòng),它是按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓,它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑柔性好,對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利,同時(shí)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊,是最優(yōu)的重載起動(dòng)方式它的缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng) (4) 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)一樣也是用在重載起動(dòng)的場(chǎng)合所不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩,克服拖動(dòng)系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩,然后轉(zhuǎn)矩平滑上升,可縮短起動(dòng)時(shí)間但是,突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖,干擾其它負(fù)荷,使用時(shí)應(yīng)特別注意 (5) 電壓控制起動(dòng)是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合,在保證起動(dòng)壓降的前提下使電動(dòng)機(jī)獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,盡可能地 縮短起動(dòng)

12、時(shí)間,是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式 停車方式有三種:一是自由停車,二是軟停車,三是制動(dòng)停車軟起動(dòng)器帶來的最大好處是軟停車和制動(dòng) 停車,軟停車消除了拖動(dòng)系統(tǒng)的反慣性沖擊,對(duì)于水泵 就是“水錘”效應(yīng);制動(dòng)停車則在一定場(chǎng)合代替了反接 制動(dòng)停車功能 2.4 軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器的比較軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器的性能2.5 軟起動(dòng)器的適用場(chǎng)合 (1) 生產(chǎn)設(shè)備精密,不允許起動(dòng)沖擊,否則會(huì)造成生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品不良后果的場(chǎng)合; (2) 電動(dòng)機(jī)功率較大,若直接起動(dòng),要求主變壓器容量加大的場(chǎng)合; (3) 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)要求嚴(yán)格,對(duì)壓降要求10% UN的供電系統(tǒng); (4) 對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高,可進(jìn)行空載或輕載起動(dòng)的設(shè)備

13、 嚴(yán)格地講,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)當(dāng)小于額定轉(zhuǎn)矩50%的拖動(dòng)系統(tǒng),才適合使用軟起動(dòng)器解決起動(dòng)沖擊問題對(duì)于需重載或滿載起動(dòng)的設(shè)備,若采用軟起動(dòng)器起動(dòng),不但達(dá)不到減小起動(dòng)電流的目的,反而會(huì)要求增加軟起動(dòng)器晶閘管的容量,增加成本;若操作不當(dāng),還有可能燒毀晶閘管此時(shí)只能采用變頻軟起動(dòng)因?yàn)檐浧饎?dòng)器調(diào)壓不調(diào)頻,轉(zhuǎn)差功率始終存在,難免過大的起動(dòng)電流;而變頻器采用調(diào)頻調(diào)壓方式,可實(shí)現(xiàn)無過流軟起動(dòng),且可提供1.22倍額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,特別適用于重載起動(dòng)的設(shè)備但是變頻器的價(jià)格就要比軟起動(dòng)器的價(jià)格高得多了3 異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化節(jié)電控制技術(shù)3.1 異步電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)電技術(shù)概述 對(duì)于滿載或重載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī),降低其端電壓將會(huì)造

14、成嚴(yán)重后果,隨著端電壓的降低,電動(dòng)機(jī)的磁通和電動(dòng)勢(shì)隨之減小,鐵耗無疑將下降但與此同時(shí),隨電壓平方變化的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也迅速下降而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電動(dòng)機(jī)只能依靠增大轉(zhuǎn)差率,提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)轉(zhuǎn)差率的增大,引起轉(zhuǎn)子電流增大,同時(shí)引起定子和轉(zhuǎn)子電壓間的相角增大,導(dǎo)致定子電流增大,從而使定子和轉(zhuǎn)子銅耗增加值大大超過鐵耗的下降值,這時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組溫升將會(huì)增高,效率將會(huì)下降,甚至發(fā)生電動(dòng)機(jī)燒毀事故因而,一般規(guī)程都規(guī)定了電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電壓變化范圍不得超過額定電壓的95%110% 然而對(duì)于輕載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī),情況就截然不同,使供電電壓適當(dāng)降低,在經(jīng)濟(jì)上是有利的這是因?yàn)樵谳p載運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)

15、差率大大小于額定值,轉(zhuǎn)子電流并不大,在降壓運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子電流增加的數(shù)值有限而另一方面,卻由于電壓的降低,使空載電流和鐵損大幅減少在這種情況下,電動(dòng)機(jī)的總損耗就可降低,定子溫升,運(yùn)行效率和功率因數(shù)同時(shí)得到改善由此可見,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與電動(dòng)機(jī)負(fù)載率同運(yùn)行電壓是否合理匹配關(guān)系極大理論分析表明電動(dòng)機(jī)的力能指標(biāo)(運(yùn)行效率與功率因數(shù))與其端電壓之間存在如下的數(shù)量關(guān)系2:(1)(2) SN和S電動(dòng)機(jī)額定工況和降壓運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率;和 電動(dòng)機(jī)額定工況和降壓運(yùn)行的功率因數(shù); N和電動(dòng)機(jī)額定工況和降壓運(yùn)行的效率; KU電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓系數(shù),KU=U/UN; UN和U電動(dòng)機(jī)額定電壓和降壓運(yùn)行時(shí)的實(shí)際電壓; K1電動(dòng)機(jī)的空

16、載電流系數(shù),K1=Io/IN; IN和Io一電動(dòng)機(jī)的額定電流和空載電流 從式(2)不難看出:并不是所有的降壓行為都能達(dá)到節(jié)電的目的,只有當(dāng)電壓降低程度大于轉(zhuǎn)差率及功率因數(shù)上升程度時(shí),才能使運(yùn)行效率提高實(shí)際上,電動(dòng)機(jī)效率隨電壓降低而變化的關(guān)系呈馬鞍形曲線,對(duì)應(yīng)于每一個(gè)輸出功率(或負(fù)載系數(shù)),必然存在一個(gè)最佳調(diào)壓系數(shù)Kum,當(dāng)Ku=Kum時(shí),電動(dòng)機(jī)的損耗最低,效率最高Kum稱為電動(dòng)機(jī)的最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)不同負(fù)載下最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)Kum可按電動(dòng)機(jī)的負(fù)載系數(shù)由下式確定1:(3) 式中: 電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的有功損耗(kW);Po電動(dòng)機(jī)的空載損耗(kW); K計(jì)算系數(shù),K=(Po-Pfw)/PN; Pfw電

17、動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗(kW); 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載系數(shù),=P2/PN·100% P2電動(dòng)機(jī)的輸出功率; PN電動(dòng)機(jī)的額定功率 文獻(xiàn)1給出了輕載電動(dòng)機(jī)采用降壓節(jié)電措施后,節(jié)約電能的計(jì)算公式為:節(jié)約的有功功率 (4) 節(jié)約的無功功率:(5) 節(jié)約的電能:(6) 式中:QN電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的無功功率(Kvar);Qo電動(dòng)機(jī)的空載無功功率(Kvar); KQ無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量,當(dāng)電動(dòng)機(jī)直連電機(jī)母線KQ=0.020.04,二次變壓取KQ=0.050.07,三次變壓取KQ=0.080.10; Tec電動(dòng)機(jī)年運(yùn)行時(shí)間(h)3.2 優(yōu)化節(jié)電的控制依據(jù) (1) 功率因數(shù)( )控制法: 最早出現(xiàn)的異步電機(jī)優(yōu)化節(jié)電器為L(zhǎng)

18、a 功率因數(shù)控制器,其原理是通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的 值,與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值比較,當(dāng)實(shí)際值低于設(shè)定值時(shí),說明電動(dòng)機(jī)為輕載,通過降低電動(dòng)機(jī)的端電壓來提高 ,直到實(shí)際的 測(cè)量值達(dá)到設(shè)定值為止,實(shí)現(xiàn)了節(jié)電; 數(shù)值高表明是重載,則升高電機(jī)端電壓,以保證軸上的輸出功率這是一種間接節(jié)電法:控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù),而目的是節(jié)電由于交流異步電機(jī)的最佳功率因數(shù)在全工作范圍內(nèi)呈曲線變化;不同制造廠生產(chǎn)的同一規(guī)格的異步電機(jī)的功率因數(shù)呈一定的離散性;同一臺(tái)電機(jī)在其新舊壽命期,在同一工況下的功率因數(shù)也呈現(xiàn)一定的離散性,這就給設(shè)計(jì)和調(diào)整帶來一定的困難故這種方法是不能達(dá)到最佳節(jié)電效果的,并且理論與實(shí)踐都已證明,過高的功率

19、因數(shù)值對(duì)于異步電機(jī)來說,并不節(jié)電(2)最小輸入功率法: 交流異步電機(jī)工作時(shí),從電網(wǎng)輸入的電功率P1,一部分轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的機(jī)械功率P2輸出,另一部分則是自身的損耗PS,包括鐵耗與銅耗兩部分共中鐵耗與輸入電壓的平方成正比,而銅耗則與其電流的平方成正比,只有在銅耗等于鐵耗時(shí),電機(jī)的效率最高,損耗PS最小最小輸入功率法的原理就是在電機(jī)工作的任一負(fù)載點(diǎn)上,在保證軸上機(jī)械功率輸出的前提下,通過降低電機(jī)的端電壓而減小電機(jī)自身的損耗,從而達(dá)到節(jié)能的目的雖然降壓可以降低鐵耗,而當(dāng)電壓降到一定程度之后,若繼續(xù)下降,則電流又要增加,因而又增加了銅耗通過微機(jī)自動(dòng)尋優(yōu),讓鐵耗和銅耗都維持在最低的水平,也即電壓與電流的

20、乘積輸入的電功率達(dá)到最小值,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)節(jié)電目的(3)突加負(fù)載控制 當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載急劇上升時(shí),又要能在極短的時(shí)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(jī)就會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象所以微處理器在進(jìn)行輸入功率優(yōu)化控制的同時(shí),又監(jiān)視負(fù)載功率的變化率,一旦負(fù)載功率的變化率超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí),即判定為突加負(fù)載,立即提升電機(jī)端電壓,保證電機(jī)對(duì)負(fù)載變化的快速響應(yīng)能力 3.3 優(yōu)化節(jié)電的適用對(duì)象 對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速無嚴(yán)格要求,及不需要調(diào)速運(yùn)行的場(chǎng)合,特別是對(duì)于經(jīng)常大幅度變動(dòng)的負(fù)載,或者長(zhǎng)時(shí)間處于輕載或空載的電動(dòng)機(jī),例如軋鋼機(jī)鍛壓機(jī)抽油機(jī)等負(fù)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

21、節(jié)電量視電動(dòng)機(jī)的負(fù)載系數(shù)及輕載運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)短而定 3.4 降壓起動(dòng)優(yōu)化節(jié)電計(jì)算實(shí)例 為一臺(tái)輕載運(yùn)行的Y160010/1730型6000V電動(dòng)機(jī)配置一套優(yōu)化控制系統(tǒng),著重計(jì)算其起動(dòng)性能參數(shù)和節(jié)電效果 Y160010/1730型電動(dòng)機(jī)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(dòng)電流倍數(shù)=堵轉(zhuǎn)電流/額定電流=5.53,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)=堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=0.824,額定效率N=94.49%,額定功率因數(shù) 電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的有功損耗PN=93.3kW,電動(dòng)機(jī)的空載損耗Po=29.

22、6kW,電動(dòng)機(jī)的空載電流Io=46.25A,電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載時(shí)的無功功率QN=918Kvar,電動(dòng)機(jī)的空載無功功率Qo=480.6Kvar(1) 輕載運(yùn)行降壓節(jié)電效果計(jì)算 (1)不同負(fù)載系數(shù)下,電動(dòng)機(jī)的最佳調(diào)壓系數(shù)Kum的計(jì)算按式(3)進(jìn)行,計(jì)算結(jié)果示于表2 (2)當(dāng)U=UN時(shí),不同負(fù)載系數(shù)下,電動(dòng)機(jī)的綜合功率損耗Pc的計(jì)算按(7)式進(jìn)行1 ,計(jì)算結(jié)果示于表2(7) (3)按最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)進(jìn)行調(diào)壓后節(jié)省的電量計(jì)算按式(4)式(5)和式(6)進(jìn)行,計(jì)算結(jié)果示于表2表2 按最佳調(diào)壓系數(shù)進(jìn)行降壓后節(jié)省的電量計(jì)算值電動(dòng)機(jī)負(fù)載系數(shù)B0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)Kum

23、0.374 0.53 0.647 0.747 0.836 0.916 節(jié)省的有功功率P(KW)24.217.0 11.0 6.4 3.0 0.86 節(jié)省的無功功率Q(Kvar)386.5300.8 224.8 157.0 97.6 47.2 節(jié)省的綜合有功功率P+KqQ(Kvar)47.435.05 24.5 15.8 8.86 3.7 U=UN時(shí)電機(jī)綜合功率損耗PC(KW)59.3462.04 66.53 72.83 80.93 90.82 節(jié)電率(%)79%56.4% 36.8% 21.7% 11% 4% (2) 降壓起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性估算 由電動(dòng)機(jī)的原始數(shù)據(jù)得知,電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí),起動(dòng)

24、參數(shù)如下:起動(dòng)電流IK=5.53IN,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mk=0.824MN 采用降壓起動(dòng)時(shí),調(diào)壓系數(shù)Ku的確定: (8) 式中:Un電動(dòng)機(jī)電壓,V; UN電動(dòng)機(jī)額定電壓,UN=6.0KV MN生產(chǎn)機(jī)械要求的最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,當(dāng)采用輕載起動(dòng)方式時(shí),MN0.2MN 代入有關(guān)數(shù)據(jù),得 采用降壓起動(dòng)時(shí),起動(dòng)參數(shù)計(jì)算 起動(dòng)電流In=KU·IK=2.72IN 起動(dòng)電壓Un=KU·UN=0.493UN=2960V 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 降壓起動(dòng)的節(jié)電效果計(jì)算 直接起動(dòng)時(shí)從電網(wǎng)吸收的無功功率計(jì)算1(9) 代入相關(guān)數(shù)據(jù),得 降壓起動(dòng)時(shí)從電網(wǎng)吸收的無功功率計(jì)算1(10) 代入相關(guān)數(shù)據(jù),得 節(jié)約的無功功率 &n

25、bs 電網(wǎng)傳輸Q所消耗的有功功率 Pn=KQ·Qn=0.06×8052.1=483.1kW 降壓起動(dòng)的無功節(jié)電率 4 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速屬低效調(diào)速方式,因?yàn)樵谡{(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(tái)普通的籠型電機(jī)加上一套晶閘管調(diào)壓裝置,就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的 首先必須改變電動(dòng)機(jī)的外特性,新的外特性必須使電動(dòng)機(jī)有一個(gè)寬廣的穩(wěn)定的調(diào)速范圍一般要采用高轉(zhuǎn)差率電機(jī),交流力矩電機(jī)或在繞線式電機(jī)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(jìn)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(dǎo)出機(jī)外,才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(fēng)道冷卻結(jié)構(gòu),都是行之有效的方法 在電力電子技術(shù)高度發(fā)展的今天,變頻調(diào)速裝置的價(jià)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(shí)意義了5 智能馬達(dá)優(yōu)化控制器(IMOC系列) 在對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和優(yōu)化節(jié)電技術(shù)的長(zhǎng)期深入研究的基礎(chǔ)上,研制成功了智能馬達(dá)優(yōu)化控制器(IMOC系列),適配電機(jī)功率從5.5KW-