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智能電機節電器

電機智能節電器
 
一、概述
鼠籠交流電動機是電氣化的主要動力源,也是電網中主要的秏能設備,在供電電網中約有70%的電量是被電機所消耗,據統計,約有60%以上的電機是遠低于其設計負荷狀態下(額定負荷的60%以下)運行的。在此條件下,電機消費的電能中有相當部分是以發熱、銅損、鐵損與振動等形式浪費掉了。
GOLEVAER電機智能節電器(以下簡稱GL-DJ)的設計原理是基于電力電子學,采用最新的集成芯片控制技術,通過監控交流電機運行的電流和電壓的相位差來動態地調整供給電機的能量,使電機始終在最佳效率狀態下工作,為電機與電網之間實現“智能化”的能量管理功能。當檢測到電機在輕載或負載不斷變化時,通過可控硅能在0.01秒以內調整輸入電機的電壓和電流,使電機的輸出功率與實時負載剛好匹配,從而減低銅損、鐵損,改善電機起動、停機性能,達到節電效果!
二、節電原理
交流鼠籠形感應電機必須消耗一定的能量以提供磁場使電機連續工作。當供給電機的電壓恒定時,由此產生的磁能也保持恒定,在額定轉速下,磁場消耗的能量保持恒定,與負載所需的轉矩無關。
支持負載轉矩的能量取決于轉矩的大小。當負載轉矩增加,轉子轉速會稍微下降(轉差率增大),使得感應的轉子電流上升以增加轉矩。轉子中增加的電流由定子線圈中增加的電流來平衡。相反,如果需要的負載轉矩減少,轉差率減少,轉子電流下降,定子電流也相應下降,但在端電壓恒定的情況下,定子中提供磁場的電流以在任何負載轉矩條件下將保持恒定。結果是感應電機的效率隨負載的降低而降低。
事實上很少電機始終在額定條件下運行。通常選擇的標準是使電機的標稱均高于驅動負載的最大需求。由于這原因,所選擇的電機幾乎一定是超出標準的,當提供額定電壓時,即使滿負荷運行也有節電空間。此外,有些應用中負荷本來就是有變化的,而選擇的電機大小必須能滿足最大負荷時的需求,盡管最大負荷只是間斷出現,而其它時間電機在小負荷狀態運行。
由于電機產生的轉矩與供電電壓的平方成正比,降低端電壓將減少轉矩。降低端電壓,實際上是降低了電機的額定輸出功率,也意味著所需磁場能量的減少。利用這一原理,GL-DJ可在空載和大多數負荷情況下保持較高恒定的電機效率。
GL-DJ采用智能化的微處理機控制,無需人工調節。在輕負載情況下電機電壓自動降至最低需求而轉速保持恒定,因此降低了不必的損耗。如果負載增加,電壓將自動上升以防止電機失速。
 
GL-DJ通過檢測電機的電壓和電流實現閉環控制,因為電機電路是電感電路,所以電壓和電流波形存在時間差,而且負載越輕,電流滯后于電壓越大?蛰d時電機的效率最低,電流和電壓波形間的相位差也最大。微處理機將監測波形間的相位并相應地調整可控硅的觸發脈沖,其速度為每秒鐘100次。這一速度比電機所能響應的速度要快得多,這對防止電機在任何負荷工況下出現失速是足夠的。電機運行在輕載時,可以將勵磁電流減少到僅僅與負荷轉矩相匹配,則可使電機的運行效率提高。GL-DJ通過改變電機的相位角實現控制。
 
在不同的負荷條件下,相位角將隨之改變。圖3.5是電機電壓和電流在不同負荷條件下的說明。請注意,在輕負荷條件下相位角或電流之間的時間滯后將增加。在通常負荷情況下,電機的電流滯后于電壓30度;在輕負荷情況下,電機的電流滯后將增加。通常,在輕負荷情況下,電機的電流滯后于電壓80度
GL-DJ連續監控電機電壓和電流之間的相位角,依據負荷的變化改變相位角。GL-DJ通過半導體開關元件來“切削”電壓而進行控制。半導體開關元件只允許電源電壓正半周和負半周的一部分供給電機,如圖3.6所示。這樣的結果是降低供給電機的均方根電壓。結果,磁滯損耗最小化,相位角回到原來的大小,電機效率提高。為了更好的理解為什么損耗會最小化,首先要分析電機負荷變化時將影響那些因素。
 
我們知道,維持電機工作的電流是由兩個不同的部分組成的:負荷(阻性)電流(IR1)以及感性(勵磁)電流(IM1),參見圖3.7。感應性電流依賴電壓和磁通密度。在一定程度上,阻性電流也是電壓的函數。在滿負荷,也就是滿電壓情況下,感性電流與阻性電流合成相位角фPF,當電機負荷減少,一些參數將發生變化,產生負荷轉矩的阻性電流(IR2)和相對不變的感應性電流(IM2)合成的相位角將增大,如圖3.7(b)所示?刂破魍ㄟ^降低電機的供電電壓而減少感應性電流(IM3),起到使相位角趨近原來大小的作用,從而降低磁滯損耗。在輕負荷情況下,阻性電流產生的鐵心損耗也將隨時著電壓的降低而減少。因此電機的電耗將有效降低。
事實上通過降低電壓獲得的節電將隨負荷的增加而快速下降。
正如前面所描述的,控制器通過切削電壓波形而降低電機電壓,當電機電壓降低,磁損耗減少,但有些損耗實際上會增加。
這一特性用圖3.8加以說明。圖3.8說明在不同電壓下勵磁電流的變化。當電壓變化,電機繞組隨總電流(I)而發熱。由圖可知,總電流在B點最小,而電壓卻是在C點最低。在預算總的節電率時必須將這一現象考慮進去。
在輕負載情況下,增加的熱損耗的影響可不予考慮,因為這一增加相對磁損耗的減少要小得多。因此得到的結果是電機效率的改善。
GL-DJ還具有完善軟啟動功能,可減少電機的機械沖擊和磨損,降低維護成本,盡可能地降低用電費用。
 
GL-DJ是完全區別于變頻器的一種新型電機節電控制器,它不影響電機轉速、扭矩及動態的響應,更不需要通過降低電機的速度來達到節能的目的。
 
二、主要特點
1.軟啟動功能 :GL-DJ 內置多種可調整啟動時間的功能,令電機的啟動受到適當的控制,從而有效地控制啟動電流。
2.自動地并且連續的優化調節交流電機的輸入,以此來減少電機運行時的的能量消費,綜合節電率可達10%~40%。
3. 智能電機節電器是完全區別于變頻器的一種新型電機節電控制器,它不影響電機轉速、扭矩及動態的響應。
4. 過電流能力強,保護功能完善,具備過流、過壓、欠壓、缺相、安全旁路等保護功能。
 
三、適用對象
GL-DJ可廣泛應用于任何不需要調節速度、處于輕載負荷或輕載時間下運行的較長的交流感應電機的節能與優化控制,可以有效解決“大馬拉小車”狀態下電機本體的浪費問題。并提供一個極佳的軟起動和緩和停機的功效。
1.輕載電機:實際運行功率因數在0.6以下的電機。
2.負載變化較大且不允許速度變化的設備:皮帶輸送機、電動扶梯、軋鋼設備、各類工業輸送機械等
3.變負載設備:如六角機床、碾磨機、研磨機、成形機、沖床、拋光機、懸垂機、油壓機、切削機、食品攪拌機、塑膠開煉機/密煉機、鍛機、混凝土成型機、橡膠成型機
 
四、技術參數
 

1
頻率
50HZ/60Hz
2
過電流能力
1.25 倍標稱電流2分鐘,1.5倍標稱電流2秒
3
綜合節電率
15%-40%(視負載運行狀況而定)
4
控制系統
電子控制線路、微處理器控制
5
絕緣等級
電源、控制回路、外殼之間耐壓2.5kv
6
軟啟動
0~60秒時間可調
7
工作溫度
-40°C~85°C
8
環境要求
通風良好,相對濕度0-85%不結露。
9
保護
過流、過壓、安全旁路。

 
五、規格
節電器的主要規格從4KW-315KW
 
六、安裝圖示
 
七、GL-DJ節電器節電效果檢驗方法
GL-DJ節電器的節電效果檢測有以下幾種方法:
1.鉗形電流表測試:通過測試節電器投入前和投入后電機電流的變化,即可計算出大致的節電率。
2.有功電度表測試:通過測試電機在相同負荷條件下,節電器分別投入和斷開,電機運行相同時間的電耗,即可算出實際的節電率。
3.電參數測試儀測試:通過測試電機在相同負荷條件下,節電器分別投入和斷開,電機運行時的電流、有功、無功、功率因數等電參數,即可算出大致的節電率。
 
 
八、使用GL-DJ節電器前需要了解的情況
 
1.  了解設備的類型。
2.  了解設備所用電機的型號、標稱值(電壓、電流、功率、功率因數)和其它特性參數。
3.  了解電機實際負荷的基本情況,包括負荷特性和運行周期。并實測運行時的電壓、電流及功率因數。
4.  了解電機的用電情況及電費率。
詳細了解以上情況后請填寫《電機節電器應用調查表》,然后根據調查表的數據參考第三款“適用對象”的相關內容以及下述條件判斷是否適合安裝GL-DJ節電器和安裝后大約的節電效果。
怎樣判斷一個應用是否為一個好的節電應用?
看標稱電流與實際運行電流是否差別較大,差別越大,節電效果就越好;
看功率因數,電機的運行功率因數低于0.55以下,就會獲得比較好的節電效果;
看運行電壓,運行電壓高出380V,如夜間運行時段或變壓器容量富余的用戶,在應用該節電器后會有比較好的節電效果;
對于負載率超過60%的電機,將不是一個好的節電應用,但可以作為此類電機的軟啟動器,因此,要注意避免在負荷率大于60%以上的電機使用該節電器作為節能裝置。
 
下表列出了不同負荷狀況下可預期的節電效果,實際應用時請以此為參照。
 

分類
負  荷  狀  況
節電效果預測
1
低負荷率(小于40%),低功率因數(COS¢<0.4)
好,20-40%
2
中等負荷率(50—60%),中等功率因數(COS¢=0.5—0.6)
較好,10-20%
3
中等負荷率(50—60%),高功率因數(COS¢>0.65)
有挑戰性5-10%
4
高負荷率(>70%),低功率因數(COS¢>0.7)
不適應

 
由上表可以看出,分類1是最理想的情況,可預期獲得顯著的節電率;分類2是比較理想的情況,一般均可獲得較好的節電率;分類3的情況應慎重,通過測試決定是否可以實施;分類4的情況應避免應用GL-DJ改造。

從末端設備的類型來看,自動扶梯、軋鋼機以及其它屬于輪空型的負載都是理想的應用對象;皮帶運輸機、連續擠壓機等屬于中等負荷率、中等功率因數的負載,也是比較好的應用對象;部分水泵、空氣壓縮機、球磨機可能屬于中等負荷率、高功率因數的負載,必須慎重應用。

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