淺析負載追蹤節能技術及應用

摘 要：電動機在輕載或空載狀態下的工作效率較低，利用微處理器控制技術，改變電機的相位角來實現負載追蹤控制，提高電動機在輕載或空載狀態下的工作效率。

關鍵詞：負載轉矩；相位角；功率因數；節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.047

0 引言

在輕載或空載的狀態下，電動機有著極低的工作效率。由于工作狀態的連續性，使得磁場的產生需要消耗一定的能量。對供給電動機而言，恒定不變的端電壓所產生的磁通也不變。處于額定的轉速狀態下，磁場所消耗的能量保持不變，負載所需的轉矩不會對其產生任何影響，支持負載轉矩的能量大小取決于電磁轉矩的大小。轉子的轉速隨著負載轉矩的增加會有所下降，但并非很明顯，感應的轉子電流會隨著轉速率提高而上升，從而電磁轉矩增加，反之亦然。在端電壓保持穩定的情況下，定子所提供的磁場電流無論是處于任何負載轉矩條件下，都是保持不變的。最終會使得感應電機的效率伴隨著負載的減少而降低。

在規定的標準條件下，一般都會選擇比驅動最大負載時要高的標準需求。由此，所選擇的電機一定要超出該標準。在規定標準下的電壓狀態下，即使滿負荷運行仍然會有節點空間。而且，一些應用負荷本身就是不斷變化的。對所選擇的電機必須要符合最大負荷時的需求條件，雖然最大的負荷只是間斷性的出現。因為電機所產生的轉矩和供電電壓的平方呈現出正比例關系，降低端電壓必然會使得轉矩減少。而降低電壓意味著電機的額定輸出功率也相應的減少，即所需的磁場能量也會減少。

1 可行性分析

負載追蹤節能技術主要是運用微處理器的智能化控制，其主要是在空載、部分負載的狀態下，使得電機效率保持不變。不需要人工調節過程。處于輕負載狀況下，電機的電壓會自動調節到最低需求，由于轉速是保持一定數值不變，這樣有效降低了一些不必要的損耗。（如圖1）。在負載增加的情況下，電壓會出現自動上升的情況，從而防止電機失速。

負載追蹤節能技術其運行原理是利用閉環反饋系統來實現全過程的控制，通過感應電路對電流的波形及電機的電壓作比較。由于感應電路過程存在時間差，從而在比較中，負載越輕，會使得電流的波形滯后性越大。而電流與電壓滯后關系具體如圖2，通過電機相位角的變化，負載追蹤技術來實現全過程有效控制。

電壓V與電流I都是以向量的形式進行表示如圖3，相位角主要是指兩者之間的夾角。功率因素（QPF）與電路的負荷性質相關，主要對電壓——電流滯后的三角關系進行量化。

微處理器主要對電壓和電流間的相位角進行檢測，晶閘管中的觸發脈沖也會做出相應的調整，而速度為每秒改變100次。該速度大大高于電機響應的速度，對電機在任何負載工況下出現失速都有著抑制作用。在這種輕載狀態下，將多余的勵磁電流降低到與保持負荷的恒定規矩相匹配的數量，電機的功率因素和運行效率就會有所提升。

根據不同的負荷條件，負載追蹤節能技術對電機中的電壓與電流間相位角進行連續的檢測，負荷的變化會使得相位角發生一定的改變。電壓正半周和負半周中的一部分利用閘管半導體開關元件來進行切削。圖4為所輸出的波形電壓電流。根據結果所示，降低供給電機中的均方根電壓，磁耗損會有所減少，有功耗損和無功耗損也都會相對應減少。提高電機的功率因數，電機的定子電流得到降低，這與電流中的二次方成正比的供電線路損耗、電機繞組的銅損耗明顯降低，電機的鐵損下降，電機的效率大大提高。

2 技術的應用

負載追蹤節能技術填補了節能行業普遍認為變量泵注塑機沒有節能空間的空白，其獨特的控制程序使得變量泵注塑機存在20%以上的節能空間。實行智能化全自動裝置節能，可以提高節能率，安全可靠性強；在節約能源的同時，電機的轉速并不發生改變，也不會降低生產效率；提高功率因數，改善電網質量；獲取高投資回報收益率，經濟效益顯著。

在輕載負荷或是負荷變化較大的交流感應電機中，該技術有著廣泛的應用，且具有節能、優化控制功能。使“大馬拉小車”這種狀態下的電機自身浪費問題得到解決，該技術適用于沖床、變量泵注塑機、磨機、擠型機、攪攪機、水冷柜機等其它工業機械。

3 結束語

負載追蹤節能技術可以將電動機在輕載或空載狀態下的工作效率較低，利用微處理器控制，改變電機的相位角來實現負載追蹤控制，達到提高電動機在輕載或空載狀態下的工作效率，達到節能效果。

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作者簡介：謝廣興（1982-），男，主要從事節能設計及應用工作。