交流異步電機軟起動及優化節能控制的技術研究

(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(100ms)將電壓提升到額定值，保證軸上有足夠的功率輸出，否則電機就會發生堵轉現象。所以微處理器在進行輸入功率優化控制的同時，又監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按最佳調壓系數進行降壓后節省的電量計算值 電動機負載系數β0.10.20.30.40.50.6

最佳電壓調節系數KUm0.3740.530.6470.7470.8360.916

節省的有功功率ΔP(kW)24.217.011.06.43.00.86

節省的無功功率ΔQ(kvar)386.5300.8224.8157.097.647.2

節省的綜合有功功率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

節電率(%)79%56.4%36.8%21.7%11%4%

3.3優化節電的適用對象

對于電機轉速無嚴格要求，及不需要調速運行的場合，特別是對于經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，使用優化節電技術，可以收到明顯的節電效果。其節電量視電動機的負載系數及輕載運行的時間長短而定。

3.4降壓起動優化節電計算實例

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

Y1600—10/1730型電動機的原始數據：額定功率PN=1600kW，額定電壓UN=6.0kV，額定電流IN=185A，額定轉速nN=595r/min;最大轉矩倍數=最大轉矩/額定轉矩=2.22，起動電流倍數=堵轉電流/額定電流=5.53，起動轉矩倍數=堵轉轉矩/額定轉矩=0.824，額定效率ηN=94.49%，額定功率因數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)輕載運行降壓節電效果計算

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

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

③按最佳電壓調節系數進行調壓后節省的電量計算按式(4)、式(5)和式(6)進行，計算結果示于表2。

(2)降壓起動時電動機起動特性估算

由電動機的原始數據得知，電動機直接起動時，起動參數如下：起動電流IK=5.53IN，起動轉矩MK=0.824MN。

①采用降壓起動時，調壓系數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為生產機械要求的最小起動轉矩，當采用輕載起動方式時，Mn≥0.2MN。

代入有關數據，得KU==0.493。

②采用降壓起動時，起動參數計算

起動電流In=KU·IK=2.72IN

起動電壓Un=KU·UN=0.493UN=2960V

起動轉矩Mn=KU2·MK=0.2MN

③降壓起動的節電效果計算

直接起動時從電網吸收的無功功率QK為[1]

QK=(9)

代入相關數據，得

QK=

=10631.6kvar

降壓起動時從電網吸收的無功功率Qn為[1]

Qn=(10)

代入相關數據，得

Qn=

=2579.7kvar

節約的無功功率△Qn為：

△Qn=QK-Qn=8052.1kvar

電網傳輸△Qn所消耗的有功功率△Pn為：

△Pn=KQ·△Qn=0.06×8052.1=483.1kW

降壓起動的無功節電率λ為：

λ=×100%=×100%=75.7%

4異步電動機的調壓調速

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

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定的調速范圍。一般要采用高轉差率電機，交流力矩電機或在繞線式電機的轉子繞組中串接電阻的方法，并且要加上轉速閉環控制，才能進行穩定的調速。

其次是要將調速過程中由于轉差功率引起的轉子的溫升很好地導出機外，才能實現長期穩定工作。這里可采取旋轉熱管結構，也可采取特殊風道冷卻結構，都是行之有效的方法。

在電力電子技術高速發展的今天，變頻調速裝置的價格已不再昂貴的情況下，再考慮調壓調速，似乎已無多大的現實意義了。

5智能馬達優化控制器(IMOC系列)

在對交流異步電動機軟起動和優化節電技術長期深入研究的基礎上，研制成功了智能馬達優化控制器(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水平的專利產品——集成移相調控晶閘管模塊，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造性地集成為一體，組成一個完整的電力移相調控的開環系統。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。

在技術上更是集眾家之長，并大大突破國內外同類產品的功能，除了起動保護，優化節電外，還增加了風機、水泵類負載的調速功能，抽油機間歇工作節電功能，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)優化馬達運行方式，節電、改善功率因數;

(4)風機、水泵類負載的調壓調速閉環控制功能;

(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

負載類型等參數均可設定;

(9)具有遠方控制及聯網通訊功能;

(10)自診斷功能。

經過在不同工業現場的長期使用，取得了可觀的經濟效益。

6結論

(1)電子式軟起動器結構簡單，較之傳統的△/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，起動過程平滑等優點，并且維護工作量小。當電動機空載或輕載時，節能效果顯著，特別適用于短時滿載，長時間空載的負載。

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

(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，故對電網及電機均存在諧波干擾。