基于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和節(jié)能的新技術(shù)應(yīng)用方法探析

興安盟節(jié)能監(jiān)察中心 張興海

基于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和節(jié)能的新技術(shù)應(yīng)用方法探析

興安盟節(jié)能監(jiān)察中心 張興海

通過梳理電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與節(jié)能技術(shù)理論文獻(xiàn)，結(jié)合實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)當(dāng)前電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)常用方法優(yōu)缺點(diǎn)的比較，探討液阻軟啟動(dòng)技術(shù)、磁控軟啟動(dòng)、變頻軟啟動(dòng)和晶閘管三相交流調(diào)壓軟啟動(dòng)。進(jìn)一步分析電動(dòng)機(jī)節(jié)能的基本方法，按照最優(yōu)功率因數(shù)控制原則設(shè)計(jì)應(yīng)用較多的調(diào)壓控制技術(shù)，以及對(duì)突變負(fù)荷控制方法進(jìn)行探析。

電動(dòng)機(jī)；節(jié)能技術(shù)；軟啟動(dòng)；變頻調(diào)速

1 軟啟動(dòng)技術(shù)探析

1.1 液阻軟啟動(dòng)

液阻軟啟動(dòng)也有缺點(diǎn)，一是液體電阻箱體積大，根本原因是限流，降低了溫升引起的體積；二是需要有一個(gè)移動(dòng)板的伺服機(jī)構(gòu)，它動(dòng)作較慢，很難實(shí)現(xiàn)多種方式啟動(dòng)；三是液阻軟啟動(dòng)需要維護(hù)，液體在液體箱內(nèi)，需要定期補(bǔ)充；四是液阻軟啟動(dòng)裝置不宜放置在容易結(jié)冰或碰傷的地方。近年來(lái)，出現(xiàn)了液阻熱軟啟動(dòng)裝置，通過液體電阻本身在軟起動(dòng)過程中的溫度升高，電解質(zhì)的電導(dǎo)率和溫度之間的正相關(guān)關(guān)系，較少的板塊伺服機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。然而，該設(shè)備限流裝置不具備限流能力，對(duì)環(huán)境溫度的使用要求高，軟啟動(dòng)重復(fù)性差。

1.2 磁控軟啟動(dòng)

磁控軟啟動(dòng)來(lái)自反應(yīng)器的軟啟動(dòng)。三相電抗器串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)定子端是一個(gè)共同點(diǎn)。磁飽和軟起動(dòng)器的主要區(qū)別在于電抗器軟啟動(dòng)。一般來(lái)說，起動(dòng)流量在啟動(dòng)時(shí)很強(qiáng)，在啟動(dòng)過程中逐漸減弱。限流的效果是通過控制直流勵(lì)磁電流，并改變鐵心的飽和來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于磁飽和電抗器的輸出功率比控制功率大幾倍，故又稱為磁放大器。磁飽和電抗器有3對(duì)交流繞組和一個(gè)共同的直流勵(lì)磁繞組。通過交流繞組中的定子電流影響勵(lì)磁電路的運(yùn)行。

1.3 變頻軟啟動(dòng)

變頻軟啟動(dòng)通過改變電動(dòng)機(jī)的定子頻率，改變電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于重負(fù)荷；不僅可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟停車也是可以實(shí)現(xiàn)的；單元串聯(lián)變頻器可以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)諧波含量小，功率因數(shù)高；本啟動(dòng)模式雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但啟動(dòng)設(shè)備價(jià)格昂貴。

1.4 晶閘管三相交流調(diào)壓軟啟動(dòng)

晶閘管軟啟動(dòng)是通過開關(guān)控制晶閘管的角度，從而實(shí)現(xiàn)電壓的變化，以達(dá)到限流節(jié)能的目的。根據(jù)實(shí)際負(fù)載的起動(dòng)要求，設(shè)置起動(dòng)電壓、電流限制和啟動(dòng)時(shí)間。目前在低壓（380 V）范圍內(nèi)，晶閘管軟啟動(dòng)產(chǎn)品的價(jià)格已經(jīng)下降到約2倍的液阻軟啟動(dòng)。主要性能優(yōu)于液阻軟啟動(dòng)。與液阻軟起動(dòng)相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)量小、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。

2 電動(dòng)機(jī)節(jié)能的基本方法探析

2.1 優(yōu)化電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)，猶如開發(fā)和使用一個(gè)高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)，但如此大的投資電動(dòng)機(jī)，更換現(xiàn)在正在使用的電動(dòng)機(jī)，這是不可接受的。目前，永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于油田，轉(zhuǎn)子為永磁體，不需要?jiǎng)?lì)磁電流，功率因數(shù)高，勵(lì)磁繞組的損耗比異步電動(dòng)機(jī)低。

2.2 電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)改造

并聯(lián)電容補(bǔ)償是最早的節(jié)能方法之一，可分為固態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償2種類型。固態(tài)補(bǔ)償是補(bǔ)償電容器與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，所需的無(wú)功功率由電動(dòng)機(jī)提供啟動(dòng)和運(yùn)行的電容，有功功率由電源提供，可以最大限度地減少無(wú)功功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這種方法不僅可以提高功率因數(shù)，減少無(wú)功功率的損失，而且可以提高電力設(shè)備的電壓質(zhì)量，但不能降低電動(dòng)機(jī)本身的有功功率損耗。節(jié)能原理是當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行，減少電動(dòng)機(jī)的端電壓，定子鐵損和銅損會(huì)降低，轉(zhuǎn)子銅損會(huì)略有增加，可以忽略機(jī)械損耗和雜散損耗，降低功率損耗。電壓節(jié)能主要是電動(dòng)機(jī)定子鐵損和銅損的降低?，F(xiàn)在有降壓變壓器和電力電子器件2種方式。

3 調(diào)壓節(jié)能的控制方法

3.1 按照最優(yōu)功率因數(shù)控制原則設(shè)計(jì)的一種節(jié)能裝置

該裝置采用晶閘管實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)控制方法是根據(jù)功率因數(shù)，以晶閘管電流過零時(shí)間的相電壓反映功率因數(shù)的大小或負(fù)載的過零點(diǎn)之間的差異。這種方法可以達(dá)到一定的節(jié)能效果，但當(dāng)電壓幅值過大時(shí)，供電線路的諧波分量很大，影響節(jié)能。根據(jù)功率因數(shù)的電壓控制方法，又分為恒定功率因數(shù)和伺服功率因數(shù)。恒定功率因數(shù)的方法是用來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的值，在操作中，與設(shè)定的參考值相比。當(dāng)實(shí)際值低于設(shè)定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)即為輕載，可通過降低定子電壓值來(lái)改善，直至實(shí)際符合設(shè)定值，同時(shí)降低電動(dòng)機(jī)的端電壓，以保證輸出軸的功率。

3.2 根據(jù)最小功率輸入法實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)節(jié)能方案

交流異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，從電源輸入部分電力轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率輸出軸，通過降低末端電動(dòng)機(jī)電壓，降低電動(dòng)機(jī)損耗，提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電壓損耗和銅損耗可以降低，但當(dāng)電壓下降到一定程度時(shí)，定子電流會(huì)增加，這會(huì)導(dǎo)致銅損失的增加。通過軟件的自動(dòng)優(yōu)化，電動(dòng)機(jī)損耗保持在最低水平，使輸入功率達(dá)到最小值，從而達(dá)到最佳節(jié)能的目的。

3.3 突變負(fù)荷控制方法

當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載急劇上升時(shí)，也會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將電壓提高到所需的值，以保證軸有足夠的功率輸出，否則電動(dòng)機(jī)會(huì)發(fā)生“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。因此，控制器必須監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)定子電流的時(shí)刻，一旦電流變化超過預(yù)設(shè)的閾值，從而確定突變負(fù)荷，立即改變電動(dòng)機(jī)的端子電壓，確保電動(dòng)機(jī)快速響應(yīng)負(fù)載變化能力。

[1]基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的微網(wǎng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器研究[D].李鵬飛.蘭州交通大學(xué)2016.

2017-07-06）