電力安全工器具力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng)家剖析相控節(jié)電技術(shù)
一、電動(dòng)機(jī)節(jié)能的必要性與緊迫性
電動(dòng)機(jī)是電氣化的主要?jiǎng)恿C(jī)械，也是電網(wǎng)中主要的耗能設(shè)備。在中國(guó)，約 10億臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)投入使用，耗電占電網(wǎng)總負(fù)荷的60%，占整個(gè)工業(yè)用電的70%。中國(guó)權(quán)威能源機(jī)構(gòu)的報(bào)告指出，我國(guó)約有六成的電動(dòng)機(jī)在低于設(shè)計(jì)額定負(fù)荷60%的欠負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，在此狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，高達(dá)30%的用電被浪費(fèi)掉，為此，我國(guó)制定了《中華人民共和國(guó)節(jié)能法》及相關(guān)節(jié)能技改的貸款和稅收等優(yōu)惠政策,鼓勵(lì)企業(yè)采用新技術(shù)產(chǎn)品以降低能耗。
全國(guó)目前在役電動(dòng)機(jī)中，尚有 40000萬(wàn)KW的高能耗電動(dòng)機(jī)（損耗占額定出力的10%-23%），其中50%又屬于需要淘汰的高能耗產(chǎn)品；全國(guó)每年被燒毀電動(dòng)機(jī)的數(shù)量在20萬(wàn)臺(tái)次以上，因此而花費(fèi)的修理費(fèi)達(dá)20億元左右，造成的停工停產(chǎn)損失高達(dá)百億元。
電動(dòng)機(jī)的節(jié)能有兩方面的技術(shù)途徑：一方面是進(jìn)行電機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和新材料的采用，對(duì)老電機(jī)進(jìn)行更新改造；另一方面是改進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的外部環(huán)境。相控節(jié)電技術(shù)采用改善電動(dòng)機(jī)外部運(yùn)行環(huán)境實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電量管理，是與變頻器互補(bǔ)的交流電機(jī)兩大主流節(jié)電技術(shù)之一。
二、相控技術(shù)特點(diǎn)
相控技術(shù)采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的電壓與電流波形，由于電動(dòng)機(jī)為一感性負(fù)載，其電流與電壓波形通常存在一相位差，該相位差的大小與其負(fù)載的大小有關(guān)。相控器將實(shí)際相位差與依據(jù)電動(dòng)機(jī)特性的理想相位差進(jìn)行比較，并依此來(lái)控制 SCR可控硅整流橋觸發(fā)角以給電動(dòng)機(jī)提供優(yōu)化的電流和電壓，以便及時(shí)調(diào)整輸入電機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)“所供即所需”。
相控技術(shù)采用了可控硅半導(dǎo)體與集成芯片檢測(cè)與控制觸發(fā)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)功能，其檢測(cè)和控制集成芯片的高速處理特性和 SCR的快速反應(yīng)特點(diǎn)，使得相控器裝置能自動(dòng)處理各種工況下的電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性， 具有軟啟動(dòng)、節(jié)能、優(yōu)化運(yùn)行及保護(hù)等特性：
1、軟啟動(dòng)特性
許多年來(lái)，全電壓硬啟動(dòng)經(jīng)常損壞電動(dòng)機(jī)和設(shè)備，相控器能檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷與提供給電動(dòng)機(jī)的功率，在不減少啟動(dòng)力矩的前提下，相控器僅提供給電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中所需要的功率，且啟動(dòng)時(shí)間可在 0秒-30秒范圍內(nèi)根據(jù)需要設(shè)定,啟動(dòng)過(guò)程是平滑無(wú)級(jí)的。
可見(jiàn)，軟啟動(dòng)可有效地降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，其啟動(dòng)電流僅為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)硬啟動(dòng)電流的50%，是高效電動(dòng)機(jī)硬啟動(dòng)電流的20%。軟啟動(dòng)的限流特性可有效限制浪涌電流，避免不必要的沖擊力矩以及對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的電流沖擊，有效地減少線(xiàn)路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動(dòng)作。對(duì)頻繁啟停的電動(dòng)機(jī)，可有效控制電動(dòng)機(jī)的溫升，大大延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命。
2、節(jié)能特性
交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常消耗的電能大于其實(shí)際需要的電能，特別是當(dāng)其運(yùn)行在欠載狀態(tài)，該多余的電能以震動(dòng)、發(fā)熱、噪音和鐵磁損耗等的形式耗散掉。相控技術(shù)的柔性化能量管理模式，在配電系統(tǒng)和交流電機(jī)之間建立有效的電機(jī)能量監(jiān)控方式，在輕載或空載狀態(tài)下實(shí)時(shí)將電機(jī)的運(yùn)行電流、電壓和功率調(diào)低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的目的。
3、優(yōu)化運(yùn)行特性
軟啟動(dòng)及依據(jù)負(fù)荷來(lái)提供功率的特性，可有效提高電動(dòng)機(jī)的效率、生產(chǎn)力和壽命，同時(shí)節(jié)省能源和費(fèi)用。相控器能對(duì)單相和三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行極優(yōu)控制，以滿(mǎn)足優(yōu)化安全運(yùn)行模式。
相控器在設(shè)計(jì)上完全不同于傳統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，它采用了電流電壓矢量傳感動(dòng)態(tài)監(jiān)控獨(dú)特控制技術(shù)，不改變電機(jī)原有的一切運(yùn)行特性，從而避免了變頻器因調(diào)低速度而導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降的弊端，填補(bǔ)了變頻節(jié)能器所不能及的空白。
4、保護(hù)特性
自動(dòng)扶梯和其他要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合，其相控器還配備了過(guò)流和缺相自動(dòng)保護(hù)切入旁路運(yùn)行的功能。
三、相控器產(chǎn)品系列
目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上可供使用的相控器系列產(chǎn)品包括：負(fù)荷電流在 20A以下220V的單相電機(jī)、以及功率范圍涉及7.5HP,10HP,15HP,25HP,30HP,40HP,50HP,75HP,100HP,125HP,150HP,200HP,250HP,300HP,350HP,400HP等的380V/660V三相電機(jī)的節(jié)能需求。
相控器實(shí)現(xiàn)了“柔性電力”管理的理念，在配電網(wǎng)和用電負(fù)載之間提供了“柔性化”的用電智能管理功能，它不僅自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)的負(fù)載變化，優(yōu)化運(yùn)行特性，提供“所需即所供”的供電方式，使電機(jī)節(jié)電率高達(dá) 15%-45%；同時(shí)，相控器能有效減少電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低電網(wǎng)無(wú)功損耗，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。
相控器以其獨(dú)特的微電腦負(fù)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，輔以電壓、電流功率輸出反饋控制系統(tǒng)，能按負(fù)載的變化及時(shí)地控制電機(jī)的輸出功率，也就是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，節(jié)電器提供給電動(dòng)機(jī)的輸入功率也隨之變化，保持與負(fù)載相匹配，從而使電動(dòng)機(jī)始終工作在最佳電壓、電流和功率因數(shù)狀態(tài)下。
相控器在硬件選型上，務(wù)求其可靠性。目前采用的微處理器芯片及集成式雙置晶閘管技術(shù)，都是技術(shù)成熟性高、可靠性強(qiáng)的技術(shù)及產(chǎn)品。該產(chǎn)品密封工藝很先進(jìn)，可在日曬雨淋及其他惡劣環(huán)境下安全運(yùn)行，在 -30℃至85℃溫度范圍內(nèi)帶上額定負(fù)載穩(wěn)定工作，使用壽命達(dá)15年之久。
相控器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《 QB-PhasCon Controller技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》成為全國(guó)該類(lèi)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)。
四、相控器的典型應(yīng)用
相控器可廣泛應(yīng)用處于輕載負(fù)荷或負(fù)載變化較大狀態(tài)下運(yùn)行的交流感應(yīng)電機(jī)的節(jié)能與優(yōu)化控制，可以有效解決“大馬拉小車(chē)”狀態(tài)下電機(jī)本體的浪費(fèi)問(wèn)題。
相控器典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括：
1、負(fù)載變化較大且不允許速度變化的設(shè)備：如港口皮帶輸送機(jī)、煤礦皮帶輸送機(jī)、水泥皮帶傳送設(shè)備、電動(dòng)扶梯、不帶變頻器的升降電梯、軋鋼設(shè)備、各類(lèi)工業(yè)輸送機(jī)械等。
2、變負(fù)載設(shè)備：如中央空調(diào)主機(jī)、六角機(jī)床、碾磨機(jī)、研磨機(jī)、成形機(jī)、沖床、拋光機(jī)、懸垂機(jī)、壓機(jī)、切削機(jī)、壓縮機(jī)、油井抽油機(jī)、電動(dòng)衣車(chē)、食品攪拌機(jī)、塑膠開(kāi)煉機(jī)/密煉機(jī)、注塑機(jī)、鍛機(jī)、板機(jī)混凝土成型機(jī)、橡膠成型機(jī)、化工工業(yè)設(shè)備、農(nóng)用設(shè)備、紡織機(jī)械、造紙?jiān)O(shè)備、工業(yè)機(jī)械、食品及其它重工業(yè)機(jī)械。
一般情況下，相控器不適用于風(fēng)機(jī)或水泵的節(jié)電控制。
怎樣判斷一個(gè)應(yīng)用是否為一個(gè)好的應(yīng)用？
1、看標(biāo)稱(chēng)電流與實(shí)際運(yùn)行電流是否差別較大，差別越大，節(jié)電效果就越好；
2、看功率因數(shù)，電機(jī)的功率因數(shù)低于0.6以下，就會(huì)獲得比較好的節(jié)電效果；
3、看運(yùn)行電壓，運(yùn)行電壓高出380V，如夜間運(yùn)行時(shí)段或變壓器容量富余的用戶(hù)，在應(yīng)用相控節(jié)電器后會(huì)有比較好的節(jié)電效果；
4、對(duì)于負(fù)載率超過(guò)75%的電機(jī)，將不是一個(gè)好的應(yīng)用，因此，要注意避免在負(fù)荷率大于75%以上的電機(jī)使用相控節(jié)電器。
信息來(lái)源：www.yzmpos.com 信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司生技部
電動(dòng)機(jī)是電氣化的主要?jiǎng)恿C(jī)械，也是電網(wǎng)中主要的耗能設(shè)備。在中國(guó)，約 10億臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)投入使用，耗電占電網(wǎng)總負(fù)荷的60%，占整個(gè)工業(yè)用電的70%。中國(guó)權(quán)威能源機(jī)構(gòu)的報(bào)告指出，我國(guó)約有六成的電動(dòng)機(jī)在低于設(shè)計(jì)額定負(fù)荷60%的欠負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，在此狀態(tài)下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，高達(dá)30%的用電被浪費(fèi)掉，為此，我國(guó)制定了《中華人民共和國(guó)節(jié)能法》及相關(guān)節(jié)能技改的貸款和稅收等優(yōu)惠政策,鼓勵(lì)企業(yè)采用新技術(shù)產(chǎn)品以降低能耗。
全國(guó)目前在役電動(dòng)機(jī)中，尚有 40000萬(wàn)KW的高能耗電動(dòng)機(jī)（損耗占額定出力的10%-23%），其中50%又屬于需要淘汰的高能耗產(chǎn)品；全國(guó)每年被燒毀電動(dòng)機(jī)的數(shù)量在20萬(wàn)臺(tái)次以上，因此而花費(fèi)的修理費(fèi)達(dá)20億元左右，造成的停工停產(chǎn)損失高達(dá)百億元。
電動(dòng)機(jī)的節(jié)能有兩方面的技術(shù)途徑：一方面是進(jìn)行電機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和新材料的采用，對(duì)老電機(jī)進(jìn)行更新改造；另一方面是改進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的外部環(huán)境。相控節(jié)電技術(shù)采用改善電動(dòng)機(jī)外部運(yùn)行環(huán)境實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電量管理，是與變頻器互補(bǔ)的交流電機(jī)兩大主流節(jié)電技術(shù)之一。
二、相控技術(shù)特點(diǎn)
相控技術(shù)采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的電壓與電流波形，由于電動(dòng)機(jī)為一感性負(fù)載，其電流與電壓波形通常存在一相位差，該相位差的大小與其負(fù)載的大小有關(guān)。相控器將實(shí)際相位差與依據(jù)電動(dòng)機(jī)特性的理想相位差進(jìn)行比較，并依此來(lái)控制 SCR可控硅整流橋觸發(fā)角以給電動(dòng)機(jī)提供優(yōu)化的電流和電壓，以便及時(shí)調(diào)整輸入電機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)“所供即所需”。
相控技術(shù)采用了可控硅半導(dǎo)體與集成芯片檢測(cè)與控制觸發(fā)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)功能，其檢測(cè)和控制集成芯片的高速處理特性和 SCR的快速反應(yīng)特點(diǎn)，使得相控器裝置能自動(dòng)處理各種工況下的電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性， 具有軟啟動(dòng)、節(jié)能、優(yōu)化運(yùn)行及保護(hù)等特性：
1、軟啟動(dòng)特性
許多年來(lái)，全電壓硬啟動(dòng)經(jīng)常損壞電動(dòng)機(jī)和設(shè)備，相控器能檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷與提供給電動(dòng)機(jī)的功率，在不減少啟動(dòng)力矩的前提下，相控器僅提供給電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中所需要的功率，且啟動(dòng)時(shí)間可在 0秒-30秒范圍內(nèi)根據(jù)需要設(shè)定,啟動(dòng)過(guò)程是平滑無(wú)級(jí)的。
可見(jiàn)，軟啟動(dòng)可有效地降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，其啟動(dòng)電流僅為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)硬啟動(dòng)電流的50%，是高效電動(dòng)機(jī)硬啟動(dòng)電流的20%。軟啟動(dòng)的限流特性可有效限制浪涌電流，避免不必要的沖擊力矩以及對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的電流沖擊，有效地減少線(xiàn)路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動(dòng)作。對(duì)頻繁啟停的電動(dòng)機(jī)，可有效控制電動(dòng)機(jī)的溫升，大大延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命。
2、節(jié)能特性
交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常消耗的電能大于其實(shí)際需要的電能，特別是當(dāng)其運(yùn)行在欠載狀態(tài)，該多余的電能以震動(dòng)、發(fā)熱、噪音和鐵磁損耗等的形式耗散掉。相控技術(shù)的柔性化能量管理模式，在配電系統(tǒng)和交流電機(jī)之間建立有效的電機(jī)能量監(jiān)控方式，在輕載或空載狀態(tài)下實(shí)時(shí)將電機(jī)的運(yùn)行電流、電壓和功率調(diào)低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的目的。
3、優(yōu)化運(yùn)行特性
軟啟動(dòng)及依據(jù)負(fù)荷來(lái)提供功率的特性，可有效提高電動(dòng)機(jī)的效率、生產(chǎn)力和壽命，同時(shí)節(jié)省能源和費(fèi)用。相控器能對(duì)單相和三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行極優(yōu)控制，以滿(mǎn)足優(yōu)化安全運(yùn)行模式。
相控器在設(shè)計(jì)上完全不同于傳統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，它采用了電流電壓矢量傳感動(dòng)態(tài)監(jiān)控獨(dú)特控制技術(shù)，不改變電機(jī)原有的一切運(yùn)行特性，從而避免了變頻器因調(diào)低速度而導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降的弊端，填補(bǔ)了變頻節(jié)能器所不能及的空白。
4、保護(hù)特性
自動(dòng)扶梯和其他要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合，其相控器還配備了過(guò)流和缺相自動(dòng)保護(hù)切入旁路運(yùn)行的功能。
三、相控器產(chǎn)品系列
目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上可供使用的相控器系列產(chǎn)品包括：負(fù)荷電流在 20A以下220V的單相電機(jī)、以及功率范圍涉及7.5HP,10HP,15HP,25HP,30HP,40HP,50HP,75HP,100HP,125HP,150HP,200HP,250HP,300HP,350HP,400HP等的380V/660V三相電機(jī)的節(jié)能需求。
相控器實(shí)現(xiàn)了“柔性電力”管理的理念，在配電網(wǎng)和用電負(fù)載之間提供了“柔性化”的用電智能管理功能，它不僅自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)的負(fù)載變化，優(yōu)化運(yùn)行特性，提供“所需即所供”的供電方式，使電機(jī)節(jié)電率高達(dá) 15%-45%；同時(shí)，相控器能有效減少電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低電網(wǎng)無(wú)功損耗，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。
相控器以其獨(dú)特的微電腦負(fù)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，輔以電壓、電流功率輸出反饋控制系統(tǒng)，能按負(fù)載的變化及時(shí)地控制電機(jī)的輸出功率，也就是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，節(jié)電器提供給電動(dòng)機(jī)的輸入功率也隨之變化，保持與負(fù)載相匹配，從而使電動(dòng)機(jī)始終工作在最佳電壓、電流和功率因數(shù)狀態(tài)下。
相控器在硬件選型上，務(wù)求其可靠性。目前采用的微處理器芯片及集成式雙置晶閘管技術(shù)，都是技術(shù)成熟性高、可靠性強(qiáng)的技術(shù)及產(chǎn)品。該產(chǎn)品密封工藝很先進(jìn)，可在日曬雨淋及其他惡劣環(huán)境下安全運(yùn)行，在 -30℃至85℃溫度范圍內(nèi)帶上額定負(fù)載穩(wěn)定工作，使用壽命達(dá)15年之久。
相控器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《 QB-PhasCon Controller技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》成為全國(guó)該類(lèi)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的參考標(biāo)準(zhǔn)。
四、相控器的典型應(yīng)用
相控器可廣泛應(yīng)用處于輕載負(fù)荷或負(fù)載變化較大狀態(tài)下運(yùn)行的交流感應(yīng)電機(jī)的節(jié)能與優(yōu)化控制，可以有效解決“大馬拉小車(chē)”狀態(tài)下電機(jī)本體的浪費(fèi)問(wèn)題。
相控器典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括：
1、負(fù)載變化較大且不允許速度變化的設(shè)備：如港口皮帶輸送機(jī)、煤礦皮帶輸送機(jī)、水泥皮帶傳送設(shè)備、電動(dòng)扶梯、不帶變頻器的升降電梯、軋鋼設(shè)備、各類(lèi)工業(yè)輸送機(jī)械等。
2、變負(fù)載設(shè)備：如中央空調(diào)主機(jī)、六角機(jī)床、碾磨機(jī)、研磨機(jī)、成形機(jī)、沖床、拋光機(jī)、懸垂機(jī)、壓機(jī)、切削機(jī)、壓縮機(jī)、油井抽油機(jī)、電動(dòng)衣車(chē)、食品攪拌機(jī)、塑膠開(kāi)煉機(jī)/密煉機(jī)、注塑機(jī)、鍛機(jī)、板機(jī)混凝土成型機(jī)、橡膠成型機(jī)、化工工業(yè)設(shè)備、農(nóng)用設(shè)備、紡織機(jī)械、造紙?jiān)O(shè)備、工業(yè)機(jī)械、食品及其它重工業(yè)機(jī)械。
一般情況下，相控器不適用于風(fēng)機(jī)或水泵的節(jié)電控制。
怎樣判斷一個(gè)應(yīng)用是否為一個(gè)好的應(yīng)用？
1、看標(biāo)稱(chēng)電流與實(shí)際運(yùn)行電流是否差別較大，差別越大，節(jié)電效果就越好；
2、看功率因數(shù)，電機(jī)的功率因數(shù)低于0.6以下，就會(huì)獲得比較好的節(jié)電效果；
3、看運(yùn)行電壓，運(yùn)行電壓高出380V，如夜間運(yùn)行時(shí)段或變壓器容量富余的用戶(hù)，在應(yīng)用相控節(jié)電器后會(huì)有比較好的節(jié)電效果；
4、對(duì)于負(fù)載率超過(guò)75%的電機(jī)，將不是一個(gè)好的應(yīng)用，因此，要注意避免在負(fù)荷率大于75%以上的電機(jī)使用相控節(jié)電器。
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