淺析電機(jī)節(jié)電途徑與節(jié)電器工作原理

　　在礦山電動(dòng)機(jī)械設(shè)備中，經(jīng)常存在電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期“大馬拉小車”和變載運(yùn)行中的長(zhǎng)期空載，造成電能的有功和無(wú)功嚴(yán)重?fù)p耗。為此，近幾年市場(chǎng)上研制生產(chǎn)了各種節(jié)電裝置，但功能單一，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(guò)載、缺相、過(guò)流、超溫、欠壓等保護(hù)功能于一體，采用無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)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(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　一、電動(dòng)機(jī)節(jié)電途徑及原理分析
　　
　　（一）節(jié)電原理分析
　　電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩：M=CM?準(zhǔn)MI′2（1）
　　轉(zhuǎn)子銅損Ptg2=3I′2R2（2）
　　定子電流I1=I0+（-I2）（3）
　　式中：I2-轉(zhuǎn)子繞組相電阻、I0--勵(lì)磁空載電流。I1-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U1降低時(shí)，定子電流I1會(huì)隨著I0減小而減小，可知，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。
　　（二）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，r1=1.33/sh，x1=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。
　　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
　　
　　二、節(jié)電器的工作原理
　　
　　（一）JN-1節(jié)電器的節(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(duì)象，自動(dòng)跟蹤、監(jiān)測(cè)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(chǎng)的能量與轉(zhuǎn)矩的需求精確匹配。在電動(dòng)機(jī)輕載情況下，將電機(jī)的端電壓自動(dòng)降至最低需求，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定，降低了有功和無(wú)功損耗，提高了功率因數(shù)，達(dá)到了節(jié)能的目的。對(duì)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)，節(jié)電效果更加顯著，其最高節(jié)電效果可達(dá)損耗的40%。
　　節(jié)電器通過(guò)自動(dòng)跟蹤檢測(cè)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(wú)功損耗、有功損耗勵(lì)磁損耗，提高電機(jī)工作效率，達(dá)到節(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(guò)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)。
　　（二）節(jié)電器的保護(hù)功能
　　JN-1節(jié)電器其除具有節(jié)電功能外，還具有：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)：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(hào)，當(dāng)故障排除后，方可重新啟動(dòng)。3、過(guò)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(guò)電位器設(shè)定），過(guò)載指示燈亮，同時(shí)通過(guò)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(guò)熱保護(hù)：當(dāng)晶閘管工作溫度超過(guò)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)。
　　
　　三、節(jié)電器的調(diào)節(jié)原理
　　
　　本文以11kW電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)為例來(lái)探討節(jié)電器的調(diào)節(jié)原理。
　　（一）起動(dòng)調(diào)節(jié)
　　根據(jù)電機(jī)工作情況，順時(shí)針?lè)较蚓徛{(diào)節(jié)主控板上電位器Rw1(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。
　　（二）節(jié)電率調(diào)節(jié)
　　1、逆時(shí)針?lè)较蚓徛{(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?lè)较蛘{(diào)節(jié)電位器Rw3，使電壓值略高于Rw2所設(shè)定的參數(shù)值。
　　（三）響應(yīng)速度調(diào)節(jié)
　　順時(shí)針?lè)较蚓徛{(diào)節(jié)Rw4，當(dāng)電壓升至全壓（380V），立即反向調(diào)節(jié)1~2圈，使電流、電壓回至原設(shè)定數(shù)值并穩(wěn)定運(yùn)行。
　　總之，JN-1節(jié)電器裝置節(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(duì)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。
　　（作者單位：雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備部）