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电动机轻载节电原理分析

2013-10-30王宏伟佟佳庆

科技致富向导 2013年17期
关键词:节电定子功率因数

王宏伟 佟佳庆

0.导言

在工矿业生产用电机械设备中,经常存在电动机长期“大马拉小车”和变载运行中的长期空载,造成了电能的有功和无功的严重损耗。为此近几年,市场上研制生产了各种节电装置,由于这些节电装置功能单一,保护功能少。且许多不能与电动机起动装置结合在一起,限制了其应用。JN-1高效节电器克服了上述缺陷,它集节电、恒流软起动、软停止、过载、缺相、过流、超温、欠压等保护功能于一体,采用无触点电子开关,取代了降压起动柜及接触器,降低了一次性投资和日常维护费用,使该产品具有其它节电装置无可比拟的优点。

1.电动机在轻(空)载时节电途径及原理分析

1.1节电原理分析

异步电动机转事等效电路图、转事向量图、异步电动机负载转矩:

M=CMфMI'2 (1)

转子铜损Ptg2=3I/2R2 (2)

定子电流Il=I0+(-I2) (3)

式中:I2-转子绕组相电阻、I0—励磁空载电流。Il一定子负载电流

电动机在轻(空)载时,静态转矩Mjt=m≈0,则转子电流I2及铜损Ptg2是很小的,且转差率趋近0,功率因数,则

式中:X2-转子静止时,转事绕组漏磁阻抗。

由(3)式知,在定子电流的两个分量(I0)和(I2)中,此时I0起主异作用。所以在电动机端电压Ul降低时,定子电流Il会随着I0减小而减小,即定子功率因数得以提高,同时减小,使铁芯损失减少,效率则会提高。

由上述分析可知:电动机在轻(空)载时,降低其端电压,会提高其效率,具有较好的节电效果。

1.2节电实例分析

一台电动机在额定负载时,其定事绕组为“△”形联接,在其轻(空)载时,改为“Y”形联接时,节电效果分析如下:

JO2—52—4三相异步电动机有关数据如下e=10kW,Ve=380v,Ne=1452转/分,rl=1.33/sh,xl=2.43/sh,r2=1.12/相,x2=4.4/相,x0=90/相,当Mfz=0.1Me时,设A、B相间电压。

(1)当定子绕组“△”接法时,我们取定子的A相绕组分析。额定负载时的转差率:机械特性曲线并非一条直线,但在曲线0-0.7ML的压间内,特性十分接近于直线,而我们分析的正是电动机处在0.7ML以下轻载时,所以可以将这段曲线直线化。由知:由,异步电动机等值电路可知:负载支路阻抗励磁支路阻抗。

①转子电流;②励磁电流;③定子电流;④定子线电流有效值;⑤定子功率因数;⑥定子输入功率;⑦效率。

(2)当定子线圈改为“Y”形接法时:①转子电流;②励磁电流;③定子电流;④定子功率因数;⑤定子输入功率;⑥效率。

由以上计算可知:电动机在Mfz=0.1Me时,定子绕组由“△”形改为“Y”联接后,由0.2996提高到0.634,效率由66.7%提高到79.7%。

如每天轻载20小时,每年按300个工作日,则每年节约电能A=(1.514-1.255)x20x300=1554度。

2.JN-1高效节电器节电原理及保护功能

2.1 JN-1节电原理

JN-1节电器以电动机的工作电流和电压作为取样对象,自动跟踪、监测电机负载的变化,动态调整电机的供电电压,使产生磁场的能量与转矩的需求精确匹配。在电动机轻(空)载情况下,将电机的端电压自动降奎最低需求,而电动机转速保持恒定,降低了有功和无功损耗,提高了功率因数,达到了节能的目的。

节电器通过自动跟踪检测电机运行电压和电流的相位,根据相位分析电机负载状态,自动调整电机运行电压,使电机磁通量有效配合电机负载转矩,有效降低电机无功损耗、有功损耗励磁损耗,提高电机工作效率,达蓟节能降耗目的。

三相异步电动机运行时,必须消耗一定能量的激磁功率,通常运行的电机,其工作电压变动很小,不管电机负载如何,激磁电流大小不变,这样电机在轻载和空载时,功率因数则很低,节电器通过改变电机定子线圈电压,激磁电流适应电机的负载,自动跟踪,自动调整,使电机始终保持较高的功率因数。

2.2 JN-1节电器的保护功能

其除具有节电功能外,还具有以下功能:(1)恒流软起动;起动电压在0~380v间,起动电流在(1-7)Ie之间,连续可调,设定后保持恒定,自动切换运行。(2)缺相保护(或三相严重不平衡):当电机电压缺相或三相电流严重不平衡时,保护电路动作,自动切断电机电源,同时缺相指示灯亮,发出报警号,当故障排除后,方可重新启动。(3)过载保护:当电机工作电流超出额定值1.2-1.5倍时,(通过电位器设定),过载指示灯亮,同时通过延时电路(可设定5~45秒),使保护电路动作,自动关断晶闸管,达到保护电机的目的。(4)过热保护:当晶闸管工作温度超过规定值(一般设定在85℃以下)时,温度继电器动作,并关断晶闸管,实现双重保护。

3.JN-1节电器的调节

下面以llkW电动机的调节为例,简介节电器的调节过程,如电机功率发生变化,应对节电器作适当调节。

3.1起动调节

根据电机工作情况,顺时针方向缓慢调节主控板上电位器Rwl(即W253),使起动电流缓慢变化,电机加速至正常运转,左右调节,适当设定,使起动时间在10秒内为宜,在负载要求的范围内,应尽可能将起动电流调低。

3.2节电率调节

(1)逆时针方向缓慢调节主控板上电位器Rw2,当电流和电压均下降至某个数值后,便稍停片刻。稳定后记下这一数值作为设定电流电压值。(2)重新起动电机,顺时针方向调节电位器Rw3,使电压值略高于Rw2记所设定的参数值。

3.3响应速度调节(负载变化跟踪灵敏度)

顺时针方向缓慢调节Rw4,当电压升至全压(380v),立即反向调节1-2圈,便电流、电压均回至原设定数值并稳定运行。

4.结语

该装置节电效果显著,空载时,可将空载起动电流下降70%以上,使输入功率降低70%左右,空载运行功率降低47.6%,空载节电达50%以上,最高可达68%。特别是对那些经常处于低负载以及负载变化较频繁的电动机,平均节电率在(16-40)%,提高了功率因数,降低了电网线损及变压器的铜损,不失为一种较理想的电机节电、起动综合装置。

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