交流異步電機(jī)軟起動(dòng)及優(yōu)化節(jié)能控制技術(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(guò)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)β | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 |
---|---|---|---|---|---|---|
最佳電壓調(diào)節(jié)系數(shù)KUm | 0.374 | 0.53 | 0.647 | 0.747 | 0.836 | 0.916 |
節(jié)省的有功功率ΔP(kW) | 24.2 | 17.0 | 11.0 | 6.4 | 3.0 | 0.86 |
節(jié)省的無(wú)功功率ΔQ(kvar) | 386.5 | 300.8 | 224.8 | 157.0 | 97.6 | 47.2 |
節(jié)省的綜合有功功率ΔP+KqΔQ(kvar) | 47.4 | 35.05 | 24.5 | 15.8 | 8.86 | 3.7 |
U=UN時(shí)電機(jī)綜合功率損耗PC(kW) | 59.34 | 62.04 | 66.53 | 72.83 | 80.93 | 90.82 |
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(wú)嚴(yán)格要求,及不需要調(diào)速運(yùn)行的場(chǎng)合,特別是對(duì)于經(jīng)常大幅度變動(dòng)的負(fù)載,或者長(zhǎng)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(zhǎng)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(wú)功功率QN=918kvar,電動(dòng)機(jī)的空載無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(wú)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(zhǎng)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(cè)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(zhǎng),并大大突破國(guó)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(wú)功功率就地補(bǔ)償功能。尤其是完善的保護(hù)功能:過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)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(jiǎn)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(guò)在不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)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(jiǎn)單,較之傳統(tǒng)的△/Y起動(dòng)器,自耦變壓器起動(dòng)器具有無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)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(guò)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(zhǎng)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。
評(píng)論