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

(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。

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)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(shí)電機(jī)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(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)行的場合，特別是對(duì)于經(jīng)常大幅度變動(dòng)的負(fù)載，或者長時(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Y1600—10/1730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。

Y1600—10/1730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ηN=94.49%，額定功率因數(shù)cosφN=0.879。電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的有功損耗ΣPN=93.3kW，電動(dòng)機(jī)的空載損耗PO=29.6kW，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ΣPC的計(jì)算按式(7)進(jìn)行[1]，計(jì)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(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。

(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)參數(shù)如下：起動(dòng)電流IK=5.53IN，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩MK=0.824MN。

①采用降壓起動(dòng)時(shí)，調(diào)壓系數(shù)KU的確定：

KU=(8)

式中：Un為電動(dòng)機(jī)電壓，V;

UN為電動(dòng)機(jī)額定電壓，UN=6.0kV

Mn為生產(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)，Mn≥0.2MN。

代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得KU==0.493。

②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Mn=KU2·MK=0.2MN

③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QK為[1]

QK=(9)

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得

QK=

=10631.6kvar

降壓起動(dòng)時(shí)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(dòng)的無功節(jié)電率λ為：

λ=×100%=×100%=75.7%

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)高速發(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)軟起動(dòng)和優(yōu)化節(jié)電技術(shù)長期深入研究的基礎(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～110kW。

該控制器采用了16位馬達(dá)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(fù)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(gè)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(shè)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(dòng)保護(hù)，優(yōu)化節(jié)電外，還增加了風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載的調(diào)速功能，抽油機(jī)間歇工作節(jié)電功能，無功功率就地補(bǔ)償功能。尤其是完善的保護(hù)功能：過電流、過電壓、過負(fù)載、短路、接地、缺相、相間不平衡及功率模塊超溫和電機(jī)超溫保護(hù)等功能，是電機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保護(hù)神。該控制器具有以下功能特點(diǎn)：

(1)16位微電腦智能化控制，鍵盤設(shè)定，數(shù)碼顯

示，操作簡單直觀;

(2)軟起動(dòng)，軟停車功能，有效減小起動(dòng)沖擊;

(3)優(yōu)化馬達(dá)運(yùn)行方式，節(jié)電、改善功率因數(shù);

(4)風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)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(yīng);

(6)具有相平衡和電源電壓自動(dòng)補(bǔ)償功能;

(7)具有完善的保護(hù)、報(bào)警功能;

(8)起動(dòng)方式、起動(dòng)電壓、起動(dòng)電流、額定電流及

負(fù)載類型等參數(shù)均可設(shè)定;

(9)具有遠(yuǎn)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(jì)效益。

6結(jié)論

(1)電子式軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單，較之傳統(tǒng)的△/Y起動(dòng)器，自耦變壓器起動(dòng)器具有無觸點(diǎn)、無噪音、重量輕、體積小，起動(dòng)電流及起動(dòng)時(shí)間可控制，起動(dòng)過程平滑等優(yōu)點(diǎn)，并且維護(hù)工作量小。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載或輕載時(shí)，節(jié)能效果顯著，特別適用于短時(shí)滿載，長時(shí)間空載的負(fù)載。

(2)對(duì)于高轉(zhuǎn)差電機(jī)，實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī)，力矩電機(jī)等，尤其是在帶風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載時(shí)，有較好的調(diào)速性能，但不適用于普通的籠型電機(jī)調(diào)速。

(3)采用智能控制器，具有完善的電機(jī)保護(hù)功能，保護(hù)整定值設(shè)置方便，保護(hù)性能可靠。

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