交流异步电机软起动及优化节能控制的技术研究

(3)突加负载控制

当电动机轴上的负载急剧上升时，又要能在极短的时间内(100ms)将电压提升到额定值，保证轴上有足够的功率输出，否则电机就会发生堵转现象。所以微处理器在进行输入功率优化控制的同时，又监视负载功率的变化率，一旦负载功率的变化率超过预先设定的阈值时，即判定为突加负载，立即提升电机端电压，保证电机对负载变化的快速响应能力。

表2按最佳调压系数进行降压后节省的电量计算值 电动机负载系数β0.10.20.30.40.50.6

最佳电压调节系数KUm0.3740.530.6470.7470.8360.916

节省的有功功率ΔP(kW)24.217.011.06.43.00.86

节省的无功功率ΔQ(kvar)386.5300.8224.8157.097.647.2

节省的综合有功功率ΔP+KqΔQ(kvar)47.435.0524.515.88.863.7

U=UN时电机综合功率损耗PC(kW)59.3462.0466.5372.8380.9390.82

节电率(%)79%56.4%36.8%21.7%11%4%

3.3优化节电的适用对象

对于电机转速无严格要求，及不需要调速运行的场合，特别是对于经常大幅度变动的负载，或者长时间处于轻载或空载的电动机，例如轧钢机、锻压机、抽油机等负载，使用优化节电技术，可以收到明显的节电效果。其节电量视电动机的负载系数及轻载运行的时间长短而定。

3.4降压起动优化节电计算实例

为一台轻载运行的Y1600—10/1730型6000V电动机配置一套优化控制系统，着重计算其起动性能参数和节电效果。

Y1600—10/1730型电动机的原始数据：额定功率PN=1600kW，额定电压UN=6.0kV，额定电流IN=185A，额定转速nN=595r/min;最大转矩倍数=最大转矩/额定转矩=2.22，起动电流倍数=堵转电流/额定电流=5.53，起动转矩倍数=堵转转矩/额定转矩=0.824，额定效率ηN=94.49%，额定功率因数cosφN=0.879。电动机额定负载时的有功损耗ΣPN=93.3kW，电动机的空载损耗PO=29.6kW，电动机的空载电流IO=46.25A，电动机带额定负载时的无功功率QN=918kvar，电动机的空载无功功率QO=480.6kvar。

(1)轻载运行降压节电效果计算

①不同负载系数下，电动机的最佳调压系数KUm的计算按式(3)进行，计算结果示于表2：

②当U=UN时，不同负载系数下，电动机的综合功率损耗ΣPC的计算按式(7)进行[1]，计算结果示于表2。ΣPC=PO+β2(ΣPN-PO)+KQ[QO+β2(QN-QO)](7)

③按最佳电压调节系数进行调压后节省的电量计算按式(4)、式(5)和式(6)进行，计算结果示于表2。

(2)降压起动时电动机起动特性估算

由电动机的原始数据得知，电动机直接起动时，起动参数如下：起动电流IK=5.53IN，起动转矩MK=0.824MN。

①采用降压起动时，调压系数KU的确定：

KU=(8)

式中：Un为电动机电压，V;

UN为电动机额定电压，UN=6.0kV

Mn为生产机械要求的最小起动转矩，当采用轻载起动方式时，Mn≥0.2MN。

代入有关数据，得KU==0.493。

②采用降压起动时，起动参数计算

起动电流In=KU·IK=2.72IN

起动电压Un=KU·UN=0.493UN=2960V

起动转矩Mn=KU2·MK=0.2MN

③降压起动的节电效果计算

直接起动时从电网吸收的无功功率QK为[1]

QK=(9)

代入相关数据，得

QK=

=10631.6kvar

降压起动时从电网吸收的无功功率Qn为[1]

Qn=(10)

代入相关数据，得

Qn=

=2579.7kvar

节约的无功功率△Qn为：

△Qn=QK-Qn=8052.1kvar

电网传输△Qn所消耗的有功功率△Pn为：

△Pn=KQ·△Qn=0.06×8052.1=483.1kW

降压起动的无功节电率λ为：

λ=×100%=×100%=75.7%

4异步电动机的调压调速

异步电动机的调压调速属低效调速方式，因为在调速过程中始终存在转差损耗，因此调压调速有很大的限制，不是任何一台普通的笼型电机加上一套晶闸管调压装置，就可以实现调压调速的。

首先必须改变电动机的外特性，新的外特性必须使电动机有一个宽广的稳定的调速范围。一般要采用高转差率电机，交流力矩电机或在绕线式电机的转子绕组中串接电阻的方法，并且要加上转速闭环控制，才能进行稳定的调速。

其次是要将调速过程中由于转差功率引起的转子的温升很好地导出机外，才能实现长期稳定工作。这里可采取旋转热管结构，也可采取特殊风道冷却结构，都是行之有效的方法。

在电力电子技术高速发展的今天，变频调速装置的价格已不再昂贵的情况下，再考虑调压调速，似乎已无多大的现实意义了。

5智能马达优化控制器(IMOC系列)

在对交流异步电动机软起动和优化节电技术长期深入研究的基础上，研制成功了智能马达优化控制器(IMOC系列)，适配电机功率从5.5kW～110kW。

该控制器采用了16位马达控制专用单片微处理器Intel80C196MC，具有完善的检测控制功能;主功率器件则采用具有世界高技术水平的专利产品——集成移相调控晶闸管模块，该模块突破以往晶闸管模块的概念，将复杂的移相控制电路与晶闸管管芯创造性地集成为一体，组成一个完整的电力移相调控的开环系统。用它组成的控制器，不但使体积大大缩小，而且增加了设备的可靠性和抗干扰的能力。

在技术上更是集众家之长，并大大突破国内外同类产品的功能，除了起动保护，优化节电外，还增加了风机、水泵类负载的调速功能，抽油机间歇工作节电功能，无功功率就地补偿功能。尤其是完善的保护功能：过电流、过电压、过负载、短路、接地、缺相、相间不平衡及功率模块超温和电机超温保护等功能，是电机安全经济运行的保护神。该控制器具有以下功能特点：

(1)16位微电脑智能化控制，键盘设定，数码显

示，操作简单直观;

(2)软起动，软停车功能，有效减小起动冲击;

(3)优化马达运行方式，节电、改善功率因数;

(4)风机、水泵类负载的调压调速闭环控制功能;

(5)具有泵控制功能，可避免或减小液流喘振和

“水锤”效应;

(6)具有相平衡和电源电压自动补偿功能;

(7)具有完善的保护、报警功能;

(8)起动方式、起动电压、起动电流、额定电流及

负载类型等参数均可设定;

(9)具有远方控制及联网通讯功能;

(10)自诊断功能。

经过在不同工业现场的长期使用，取得了可观的经济效益。

6结论

(1)电子式软起动器结构简单，较之传统的△/Y起动器，自耦变压器起动器具有无触点、无噪音、重量轻、体积小，起动电流及起动时间可控制，起动过程平滑等优点，并且维护工作量小。当电动机空载或轻载时，节能效果显著，特别适用于短时满载，长时间空载的负载。

(2)对于高转差电机，实心转子电机，力矩电机等，尤其是在带风机、水泵类负载时，有较好的调速性能，但不适用于普通的笼型电机调速。

(3)采用智能控制器，具有完善的电机保护功能，保护整定值设置方便，保护性能可靠。

(4)其最大缺点是由于采用晶闸管移相控制，故对电网及电机均存在谐波干扰。