電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)電原理分析

王宏偉　佟佳慶

0.導(dǎo)言

在工礦業(yè)生產(chǎn)用電機(jī)械設(shè)備中，經(jīng)常存在電動(dòng)機(jī)長期“大馬拉小車”和變載運(yùn)行中的長期空載，造成了電能的有功和無功的嚴(yán)重?fù)p耗。為此近幾年，市場上研制生產(chǎn)了各種節(jié)電裝置，由于這些節(jié)電裝置功能單一，保護(hù)功能少。且許多不能與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)裝置結(jié)合在一起，限制了其應(yīng)用。JN-1高效節(jié)電器克服了上述缺陷，它集節(jié)電、恒流軟起動(dòng)、軟停止、過載、缺相、過流、超溫、欠壓等保護(hù)功能于一體，采用無觸點(diǎn)電子開關(guān)，取代了降壓起動(dòng)柜及接觸器，降低了一次性投資和日常維護(hù)費(fèi)用，使該產(chǎn)品具有其它節(jié)電裝置無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

1.電動(dòng)機(jī)在輕（空）載時(shí)節(jié)電途徑及原理分析

1.1節(jié)電原理分析

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)事等效電路圖、轉(zhuǎn)事向量圖、異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩：

M=CMфMI'2 （1）

轉(zhuǎn)子銅損Ptg2=3I/2R2 （2）

定子電流Il=I0+（-I2） （3）

式中：I2-轉(zhuǎn)子繞組相電阻、I0—?jiǎng)?lì)磁空載電流。Il一定子負(fù)載電流

電動(dòng)機(jī)在輕（空）載時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjt=m≈0，則轉(zhuǎn)子電流I2及銅損Ptg2是很小的，且轉(zhuǎn)差率趨近0，功率因數(shù)，則

式中：X2-轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，轉(zhuǎn)事繞組漏磁阻抗。

由（3）式知，在定子電流的兩個(gè)分量（I0）和（I2）中，此時(shí)I0起主異作用。所以在電動(dòng)機(jī)端電壓Ul降低時(shí)，定子電流Il會(huì)隨著I0減小而減小，即定子功率因數(shù)得以提高，同時(shí)減小，使鐵芯損失減少，效率則會(huì)提高。

由上述分析可知：電動(dòng)機(jī)在輕（空）載時(shí)，降低其端電壓，會(huì)提高其效率，具有較好的節(jié)電效果。

1.2節(jié)電實(shí)例分析

一臺(tái)電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)，其定事繞組為“△”形聯(lián)接，在其輕（空）載時(shí)，改為“Y”形聯(lián)接時(shí)，節(jié)電效果分析如下：

JO2—52—4三相異步電動(dòng)機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)如下e=10kW，Ve=380v，Ne=1452轉(zhuǎn)/分，rl=1.33/sh，xl=2.43/sh，r2=1.12/相，x2=4.4/相，x0=90/相，當(dāng)Mfz=0.1Me時(shí)，設(shè)A、B相間電壓。

（1）當(dāng)定子繞組“△”接法時(shí)，我們?nèi)《ㄗ拥腁相繞組分析。額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率：機(jī)械特性曲線并非一條直線，但在曲線0-0.7ML的壓間內(nèi)，特性十分接近于直線，而我們分析的正是電動(dòng)機(jī)處在0.7ML以下輕載時(shí)，所以可以將這段曲線直線化。由知：由，異步電動(dòng)機(jī)等值電路可知：負(fù)載支路阻抗勵(lì)磁支路阻抗。

①轉(zhuǎn)子電流；②勵(lì)磁電流；③定子電流；④定子線電流有效值；⑤定子功率因數(shù)；⑥定子輸入功率；⑦效率。

（2）當(dāng)定子線圈改為“Y”形接法時(shí)：①轉(zhuǎn)子電流；②勵(lì)磁電流；③定子電流；④定子功率因數(shù)；⑤定子輸入功率；⑥效率。

由以上計(jì)算可知：電動(dòng)機(jī)在Mfz=0.1Me時(shí)，定子繞組由“△”形改為“Y”聯(lián)接后，由0.2996提高到0.634，效率由66.7%提高到79.7%。

如每天輕載20小時(shí)，每年按300個(gè)工作日，則每年節(jié)約電能A=（1.514-1.255）x20x300=1554度。

2.JN-1高效節(jié)電器節(jié)電原理及保護(hù)功能

2.1 JN-1節(jié)電原理

JN-1節(jié)電器以電動(dòng)機(jī)的工作電流和電壓作為取樣對象，自動(dòng)跟蹤、監(jiān)測電機(jī)負(fù)載的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)的供電電壓，使產(chǎn)生磁場的能量與轉(zhuǎn)矩的需求精確匹配。在電動(dòng)機(jī)輕（空）載情況下，將電機(jī)的端電壓自動(dòng)降奎最低需求，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定，降低了有功和無功損耗，提高了功率因數(shù)，達(dá)到了節(jié)能的目的。

節(jié)電器通過自動(dòng)跟蹤檢測電機(jī)運(yùn)行電壓和電流的相位，根據(jù)相位分析電機(jī)負(fù)載狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行電壓，使電機(jī)磁通量有效配合電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，有效降低電機(jī)無功損耗、有功損耗勵(lì)磁損耗，提高電機(jī)工作效率，達(dá)薊節(jié)能降耗目的。

三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須消耗一定能量的激磁功率，通常運(yùn)行的電機(jī)，其工作電壓變動(dòng)很小，不管電機(jī)負(fù)載如何，激磁電流大小不變，這樣電機(jī)在輕載和空載時(shí)，功率因數(shù)則很低，節(jié)電器通過改變電機(jī)定子線圈電壓，激磁電流適應(yīng)電機(jī)的負(fù)載，自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)調(diào)整，使電機(jī)始終保持較高的功率因數(shù)。

2.2 JN-1節(jié)電器的保護(hù)功能

其除具有節(jié)電功能外，還具有以下功能：（1）恒流軟起動(dòng)；起動(dòng)電壓在0～380v間，起動(dòng)電流在（1-7）Ie之間，連續(xù)可調(diào)，設(shè)定后保持恒定，自動(dòng)切換運(yùn)行。（2）缺相保護(hù)（或三相嚴(yán)重不平衡）：當(dāng)電機(jī)電壓缺相或三相電流嚴(yán)重不平衡時(shí)，保護(hù)電路動(dòng)作，自動(dòng)切斷電機(jī)電源，同時(shí)缺相指示燈亮，發(fā)出報(bào)警號，當(dāng)故障排除后，方可重新啟動(dòng)。（3）過載保護(hù)：當(dāng)電機(jī)工作電流超出額定值1.2-1.5倍時(shí)，（通過電位器設(shè)定），過載指示燈亮，同時(shí)通過延時(shí)電路（可設(shè)定5～45秒），使保護(hù)電路動(dòng)作，自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，達(dá)到保護(hù)電機(jī)的目的。（4）過熱保護(hù)：當(dāng)晶閘管工作溫度超過規(guī)定值（一般設(shè)定在85℃以下）時(shí)，溫度繼電器動(dòng)作，并關(guān)斷晶閘管，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。

3.JN-1節(jié)電器的調(diào)節(jié)

下面以llkW電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)為例，簡介節(jié)電器的調(diào)節(jié)過程，如電機(jī)功率發(fā)生變化，應(yīng)對節(jié)電器作適當(dāng)調(diào)節(jié)。

3.1起動(dòng)調(diào)節(jié)

根據(jù)電機(jī)工作情況，順時(shí)針方向緩慢調(diào)節(jié)主控板上電位器Rwl（即W253），使起動(dòng)電流緩慢變化，電機(jī)加速至正常運(yùn)轉(zhuǎn)，左右調(diào)節(jié)，適當(dāng)設(shè)定，使起動(dòng)時(shí)間在10秒內(nèi)為宜，在負(fù)載要求的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能將起動(dòng)電流調(diào)低。

3.2節(jié)電率調(diào)節(jié)

（1）逆時(shí)針方向緩慢調(diào)節(jié)主控板上電位器Rw2，當(dāng)電流和電壓均下降至某個(gè)數(shù)值后，便稍停片刻。穩(wěn)定后記下這一數(shù)值作為設(shè)定電流電壓值。（2）重新起動(dòng)電機(jī)，順時(shí)針方向調(diào)節(jié)電位器Rw3，使電壓值略高于Rw2記所設(shè)定的參數(shù)值。

3.3響應(yīng)速度調(diào)節(jié)（負(fù)載變化跟蹤靈敏度）

順時(shí)針方向緩慢調(diào)節(jié)Rw4，當(dāng)電壓升至全壓（380v），立即反向調(diào)節(jié)1-2圈，便電流、電壓均回至原設(shè)定數(shù)值并穩(wěn)定運(yùn)行。

4.結(jié)語

該裝置節(jié)電效果顯著，空載時(shí)，可將空載起動(dòng)電流下降70%以上，使輸入功率降低70%左右，空載運(yùn)行功率降低47.6%，空載節(jié)電達(dá)50%以上，最高可達(dá)68%。特別是對那些經(jīng)常處于低負(fù)載以及負(fù)載變化較頻繁的電動(dòng)機(jī)，平均節(jié)電率在（16-40）%，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損及變壓器的銅損，不失為一種較理想的電機(jī)節(jié)電、起動(dòng)綜合裝置。