淺析電機節電途徑與節電器工作原理

　　在礦山電動機械設備中，經常存在電動機長期“大馬拉小車”和變載運行中的長期空載，造成電能的有功和無功嚴重損耗。為此，近幾年市場上研制生產了各種節電裝置，但功能單一，保護功能少。且許多不能與電動機起動裝置結合在一起，限制了其應用。JN-1高效節電器克服了上述缺陷，它集節電、恒流軟起動、軟停止、過載、缺相、過流、超溫、欠壓等保護功能于一體，采用無觸點電子開關，取代了降壓起動柜及接觸器，降低了一次性投資和日常維護費用，使該產品具有其它節電裝置無可比擬的優點。
　　
　　一、電動機節電途徑及原理分析
　　
　　（一）節電原理分析
　　電動機負載轉矩：M=CM?準MI′2（1）
　　轉子銅損Ptg2=3I′2R2（2）
　　定子電流I1=I0+（-I2）（3）
　　式中：I2-轉子繞組相電阻、I0--勵磁空載電流。I1-定子負載電流
　　電動機在輕(空)載時，靜態轉矩Mjt=m≈0，則轉子電流I2’及銅損Ptg2是很小的，且轉差率趨近0，功率因數，則式中：X2-轉子靜止時，轉事繞組漏磁阻抗。由（3）式知，在定子電流的兩個分量（I0）和（I2）中，此時I0起主異作用。所以在電動機端電壓U1降低時，定子電流I1會隨著I0減小而減小，可知，即定子功率因數得以提高，同時減小，使鐵芯損失減少，效率則會提高。
　　由上述分析可知電動機在輕（空）載時，降低其端電壓，會提高其效率，具有較好的節電效果。
　　（二）節電實例分析
　　一臺電動機在額定負載時，其定事繞組為“△”形聯接，在其輕（空）載時，改為“Y”形聯接時，節電效果分析如下：JO2-52-4三相異步電動機有關數據如下e=10kW，Ve=380v，Ne=1452轉/分，r1=1.33/sh，x1=2.43/sh，r2=1.12/相，x2=4.4/相，x0=90/相，當Mfz=0.1Me時，設A、B相間電壓：
　　（1）當定子繞組“△”接法時，我們取定子的A相繞組分析。額定負載時的轉差率：機械特性曲線并非一條直線，但在曲線0~0.7ML的壓間內，特性十分接近于直線，而我們分析的正是電動機處在0.7ML以下輕載時，所以可以將這段曲線直線化。
　　負載支路阻抗
　　勵磁支路阻抗
　　①轉子電流；②勵磁電流；③定子電流；④定子線電流有效值；⑤定子功率因數；⑥定子輸入功率；⑦效率。
　　（2）當定子線圈改為“Y”形接法時：①轉子電流；②勵磁電流；③定子電流；④定子功率因數；⑤定子輸入功率；⑥效率。
　　由以上可知：電動機在Mfz=0.1Me時，定子繞組由“△”形改為“Y”聯接后，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，每年按300個工作日，則每年節約電能A=（1.514-1.255）x20x300=1554度
　　
　　二、節電器的工作原理
　　
　　（一）JN-1節電器的節電原理
　　JN-1節電器以電動機的工作電流和電壓作為取樣對象，自動跟蹤、監測電機負載的變化，動態調整電機的供電電壓，使產生磁場的能量與轉矩的需求精確匹配。在電動機輕載情況下，將電機的端電壓自動降至最低需求，而電動機轉速保持恒定，降低了有功和無功損耗，提高了功率因數，達到了節能的目的。對經常處于低負載以及負載變化較頻繁的電動機，節電效果更加顯著，其最高節電效果可達損耗的40%。
　　節電器通過自動跟蹤檢測電機運行電壓和電流的相位，根據相位分析電機負載狀態，自動調整電機運行電壓，使電機磁通量有效配合電機負載轉矩，有效降低電機無功損耗、有功損耗勵磁損耗，提高電機工作效率，達到節能降耗目的。三相異步電動機運行時，必須消耗一定能量的激磁功率，通常運行的電機，其工作電壓變動很小，不管電機負載如何，激磁電流大小不變，這樣電機在輕載和空載時，功率因數則很低，節電器通過改變電機定子線圈電壓，激磁電流適應電機的負載，自動跟蹤，自動調整，使電機始終保持較高的功率因數。
　　（二）節電器的保護功能
　　JN-1節電器其除具有節電功能外，還具有：1、恒流軟起動。起動電壓在0—380V間，起動電流在（1—7）Ie間，連續可調，設定后保持恒定，自動切換運行。2、缺相保護：當電機電壓缺相或三相電流嚴重不平衡時，保護電路動作，自動切斷電機電源，同時缺相指示燈亮，發出報警號，當故障排除后，方可重新啟動。3、過載保護：當電機工作電流超出額定值1.2—1.5倍時，（通過電位器設定），過載指示燈亮，同時通過延時電路（可設定5—45秒），使保護電路動作，自動關斷晶閘管，達到保護電機的目的。4、過熱保護：當晶閘管工作溫度超過規定值（一般設定在85℃以下）時，溫度繼電器動作，并關斷晶閘管，實現雙重保護。
　　
　　三、節電器的調節原理
　　
　　本文以11kW電動機的調節為例來探討節電器的調節原理。
　　（一）起動調節
　　根據電機工作情況，順時針方向緩慢調節主控板上電位器Rw1(即W253)，使起動電流緩慢變化，電機加速至正常運轉，左右調節，適當設定，使起動時間在10秒內為宜，在負載要求的范圍內，應盡可能將起動電流調低。
　　（二）節電率調節
　　1、逆時針方向緩慢調節主控板上電位器Rw2，當電流和電壓均下降至某個數值后，便稍停片刻。穩定后記下這一數值作為設定電流電壓值。2、重新起動電機，順時針方向調節電位器Rw3，使電壓值略高于Rw2所設定的參數值。
　　（三）響應速度調節
　　順時針方向緩慢調節Rw4，當電壓升至全壓（380V），立即反向調節1~2圈，使電流、電壓回至原設定數值并穩定運行。
　　總之，JN-1節電器裝置節電效果顯著，空載時，可將空載起動電流下降70%以上，使輸入功率降低70%左右，空載運行功率降低47.6%，空載節電達50%以上，最高可達68%。特別是對那些經常處于低負載以及負載變化較頻繁的電動機，平均節電率在(16~40)%，提高了功率因數，降低了電網線損及變壓器的銅損，不失為一種較理想的電機節電、起動綜合裝置。
　　（作者單位：雙鴨山礦業集團機電裝備部）