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堅(jiān)騰電機(jī)，電機(jī)節(jié)能控制技術(shù)
閱讀：1014 發(fā)布時(shí)間：2017-8-21 隨著應(yīng)用的時(shí)間推移更新淘汰低效電動(dòng)機(jī)及高耗電設(shè)備；節(jié)能電動(dòng)機(jī)概念和技術(shù)，合理匹配電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，提高電動(dòng)機(jī)效率；以*的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改造傳統(tǒng)的機(jī)械方式，實(shí)現(xiàn)被拖動(dòng)裝置控制和設(shè)備制造；推廣軟啟動(dòng)裝置、無功補(bǔ)償裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)、優(yōu)化電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制。 關(guān)鍵字：電機(jī)節(jié)能控制 節(jié)能 電動(dòng)機(jī)
1. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的輕載調(diào)壓節(jié)能
1.1調(diào)壓節(jié)能原理及條件
大部分異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)并不在額定工況，有些負(fù)載是變動(dòng)的，運(yùn)行點(diǎn)常偏離額定點(diǎn)，有些由于選擇電機(jī)容量偏大，長期運(yùn)行于輕負(fù)荷工況。當(dāng)負(fù)載小于額定值三分之一時(shí), 即俗稱" 大馬拉小車”，這時(shí)電機(jī)的效率和功率因數(shù)都很低.而一般系列異步電機(jī)都是根據(jù)滿載或四分之三負(fù)載的效率值作為設(shè)計(jì)的依據(jù).并沒有顧及輕載點(diǎn)，因而輕載節(jié)能問題近年來為廣大電機(jī)技術(shù)工作者所重視.將對(duì)機(jī)床等負(fù)載的節(jié)電，提供了條件。
調(diào)壓節(jié)能的基本原理是利用電機(jī)輕載時(shí)效率很低這一點(diǎn)，降低輸入電機(jī)端的電壓運(yùn)行，來提高電機(jī)效率。電壓降低后，氣隙主磁通大體上成正比下降，電機(jī)定子電流中的勵(lì)磁分量電流a 也隨著下降，由于飽和程度的下降。
1.2相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器
由于電動(dòng)機(jī)在輕載或空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流主要是勵(lì)磁電流，這時(shí)功率因數(shù)比額定負(fù)載時(shí)低。相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器就是通過測量負(fù)載的功率因數(shù)，在電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)通過降低電壓，減少勵(lì)磁電流，從而達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)三相電動(dòng)機(jī)功
率公式P =φ ，要降低功率消耗可以通過減少電動(dòng)機(jī)的U 和cos φ來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上由于電度表安裝在節(jié)電器的前端，因此測量的電壓實(shí)際上并沒有變化，因此要減少功率消耗，電動(dòng)機(jī)電流和功率因數(shù)的乘積一定要下降，才能節(jié)電。由于
在降低電壓，減少勵(lì)磁電流的同時(shí)，功率因數(shù)會(huì)上升，因此，電流降低的程度一定要大干功率因數(shù)上升的幅度，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
從相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器的原理來說，節(jié)電主要是降低電動(dòng)機(jī)在低負(fù)載時(shí)的空載損耗，因此，空載損耗所占比例的大小就直接影響節(jié)電率的高低。因此(1)電動(dòng)機(jī)效率越低，電動(dòng)機(jī)的損耗就越大，則電動(dòng)機(jī)的節(jié)電空間越大。(2)電動(dòng)機(jī)功率與效率的關(guān)系 以Y 系列電動(dòng)機(jī)為例。電動(dòng)機(jī)越小，效率越低，電動(dòng)機(jī)越大，效率越高。同樣功率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低，效率越低，轉(zhuǎn)速越高，效率越高。
由于電壓降低，電動(dòng)機(jī)魚載不變，轉(zhuǎn)差率增大，電動(dòng)機(jī)輸出功率也會(huì)有所減少，因此在實(shí)際測量過程中，節(jié)約的有功會(huì)比理論計(jì)算的要偏大。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，若電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變，則轉(zhuǎn)差率近似地與電壓的平方成正比。在采取降壓節(jié)電時(shí)，只要轉(zhuǎn)差率不超過電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率，將不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生影響。
2. 大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定
2.1大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式
作為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題的研究，在過去多數(shù)著眼于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，與此不同的是，如今大型電動(dòng)機(jī)從本體設(shè)計(jì)與制造而言，大多是允許全電壓直接起動(dòng)的， 因此對(duì)大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的研究著眼點(diǎn)放在電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響方面。目前還有些行業(yè)因特殊原因必須采用全壓直接起動(dòng)，這種情況一般都會(huì)配置非常大的電力供電系統(tǒng)或者是高阻抗的變壓器電機(jī)機(jī)組。
2.2 熱變電阻降壓起動(dòng)方式
熱變電阻軟起動(dòng)器是一種新型的高壓大功率電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置。其主要技術(shù)特性是：電阻器是由具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料制成。電阻器串于電機(jī)定子回路，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)，電阻體通過起動(dòng)電流時(shí)，電阻體溫度升高而阻值隨之減小，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。起動(dòng)電阻值，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能方便地配制到的起動(dòng)參數(shù)。即在較小的起動(dòng)電流下，獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
2.2.1采用高壓熱變電阻器降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)有以下顯著的起動(dòng)特性：
(1)恒電流軟起動(dòng)特性：在電機(jī)起動(dòng)過程中，電流基本保持不變，數(shù)值在
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
用這個(gè)電勢就可實(shí)現(xiàn)逆變晶閘管的自然換相。但是在當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速很低時(shí)(例如5%ne 以下) ，電機(jī)的定子電勢很低，不能使晶閘管關(guān)斷實(shí)現(xiàn)自然換相。為了解決這個(gè)問題，采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。也就是說電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初期，電機(jī)轉(zhuǎn)速低于5%n e 期間，當(dāng)逆變器的晶閘管需要換相時(shí)，設(shè)法使逆變器的電流降低到零，使逆變器的晶閘管暫時(shí)全部關(guān)斷，然后將根據(jù)觸發(fā)的順序給應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管加上脈沖。恢復(fù)直流電流時(shí)， 電流將按觸發(fā)的順序流經(jīng)新導(dǎo)通的晶閘管，從而實(shí)現(xiàn)從一相到另一相的換相。由于逆變器晶閘管順序?qū)ǎ?直流電流順序地流過電動(dòng)機(jī)定子的相應(yīng)繞組，并產(chǎn)生合成磁場，這樣繞組電流不斷的變化必將在電機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度由逆變器的觸發(fā)周期確定， 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到5%n e以上時(shí)， 電機(jī)定子產(chǎn)生的電勢足夠大時(shí)， 逆變器的晶閘管采用自然換相，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將使電機(jī)繼續(xù)不斷地提高轉(zhuǎn)速，一直到9 5%n e 時(shí)，電機(jī)將并網(wǎng)拉人同步(符合并網(wǎng)條件時(shí)) 。變頻器退出系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的軟啟動(dòng)。
3.2變頻器及其功率部分組成
主要包括：(1) 進(jìn)線側(cè)的整流器和電機(jī)側(cè)的逆變器，使用的都是全控三相橋；
(2) 變頻器的整流側(cè)與逆變側(cè)都無熔斷器；(3) 晶閘管用光纖間接觸發(fā)，每個(gè)晶閘管都有反饋信號(hào)；(4) 逆變器側(cè)裝有LEM 的電子互感器(在各頻率范圍內(nèi)都有高精度的直流電流互感器) ；(5) 直流環(huán)節(jié)的電抗器具有足夠大的電感量，用以降低電流的紋波和限制電流變化率；(6) 在變頻器的進(jìn)線和出線端都裝有過電壓限制器；(7) 啟動(dòng)變頻變壓器，為與電網(wǎng)電壓和電機(jī)電壓有一個(gè)優(yōu)化的匹配，需在變頻器的輸入與輸出端配置變頻變壓器，其中：降壓變壓器(進(jìn)線側(cè)) ，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 10.OkV/2×2.9kV ，50Hz ，U ≤ l3.5%：
升壓變壓器(電機(jī)側(cè)) ，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 2 x 2.9kV /10.0kV ，50Hz ，Uk=8.5%。系統(tǒng)的控制器使用的SIMADYN D控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字化可自由配置帶多微機(jī)系統(tǒng)，專門用于系統(tǒng)的計(jì)算和快速的開閉環(huán)控制。
5.電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理和技術(shù)措施
5.1降低發(fā)熱損耗：
(1)優(yōu)化電機(jī)內(nèi)電與磁的合理匹配；
(2)選用的繞組材料；
(3)選用損耗與磁性能匹配合理的鐵芯材料；
(4)有效增大銅面積。
5.2降低雜散損耗：
(1)合理設(shè)計(jì)齒槽關(guān)系和氣隙；
(2)可靠的制造工藝減少磁場琦變。
5.3降低風(fēng)磨損耗：
降低風(fēng)磨損耗合理的軸承結(jié)構(gòu)和滑設(shè)計(jì)；降低通風(fēng)損耗：(1)提高熱傳導(dǎo)效率；(2)提高自然對(duì)流散熱能力，減小通風(fēng)量需求；(3)提高冷卻與熱的交換效率；(4)提高冷卻風(fēng)扇的效率。
電動(dòng)機(jī)節(jié)能的原理是通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的電、磁、機(jī)械和通風(fēng)的優(yōu)化，材料及*制造工藝的使用，并結(jié)合*全面的試驗(yàn)及測試手段，切實(shí)有效地降低電動(dòng)機(jī)的各方面損耗。
6. 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施
6.1開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)SRD 特點(diǎn)：
效率高，節(jié)能效果好。在所有的調(diào)速和功率范圍內(nèi)，SRD 整體效率比交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)(簡稱變頻調(diào)速)至少高3%以上，在低速工作的狀態(tài)下其效率能夠提高10%以上。與直流調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、電磁調(diào)速等系統(tǒng)相比，SRD 節(jié)電效果更明顯。
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，特別適合于那些需要重載起動(dòng)和負(fù)載變化明顯并且頻繁的場合。SRD 控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)可得到較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%時(shí)、起動(dòng)電流僅為額定電流的30%，比之交流電動(dòng)機(jī)的300%電流獲得100%的轉(zhuǎn)矩的性能，優(yōu)勢非常明顯。
調(diào)速范圍廣。SRD 電機(jī)可以在低速下長期運(yùn)行。由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時(shí)還要低，解決了變頻調(diào)速低速運(yùn)行下電機(jī)發(fā)熱問題。此外，SRD 電機(jī)zui高轉(zhuǎn)速不會(huì)像交流電動(dòng)機(jī)那樣受極數(shù)的限制，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活地設(shè)定zui高轉(zhuǎn)速。可頻繁正、反轉(zhuǎn)，頻繁起動(dòng)、停止，系統(tǒng)調(diào)控性能好，四象限控制靈活，因此，非常適合于龍門刨床、可逆軋機(jī)、油田抽油機(jī)、螺旋壓力機(jī)等
應(yīng)用場合。制動(dòng)性能好，能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，節(jié)約電能*。
(1)新購電動(dòng)機(jī)，應(yīng)首先考慮選用節(jié)能電動(dòng)機(jī)，然后再按需考慮其他性能指標(biāo)，以便節(jié)能電能。(2)提高電動(dòng)機(jī)本身的效率，如將電動(dòng)機(jī)自冷風(fēng)扇。可在負(fù)荷很小或戶外電動(dòng)機(jī)在冬季時(shí)停用冷風(fēng)扇，有利于降低能耗。(3)將定子繞組改線成星——三角形星混合串接繞組，按負(fù)荷大小轉(zhuǎn)換星形接法或三角形接法，有利于改善繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢波形及降低繞組工作電流，達(dá)到節(jié)能的目的。(4)采油其他連續(xù)調(diào)速運(yùn)行方式，如使用調(diào)速器、變極電動(dòng)機(jī)、電磁耦合調(diào)速器、變頻調(diào)速裝置等。(5)更換“大馬拉小車”電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”除了浪費(fèi)電能外，極易造成設(shè)備損壞。另外，合理調(diào)整電動(dòng)機(jī)配套使用，可使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在率工作區(qū)，達(dá)到節(jié)能的目的。(6)合理安裝并聯(lián)低壓電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，有效地提高功率因數(shù)，減少無功損耗，節(jié)約電能。(7)從接火處通往電能表及通往電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線截面應(yīng)滿足再流量，且導(dǎo)線應(yīng)盡量縮短，減小導(dǎo)線電阻，降低損耗。(8)缺相與過負(fù)載時(shí)仍可工作。出現(xiàn)電源缺相、電機(jī)或控制器任一相出現(xiàn)故障時(shí)，SR 電動(dòng)機(jī)輸出功率減小，但仍然可以運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)超過額定負(fù)載120%以上時(shí)，轉(zhuǎn)速只會(huì)下降，而不會(huì)燒毀電機(jī)和控制器。
以上措施可以分別采用，也可以多項(xiàng)采用。總之，對(duì)電動(dòng)機(jī)采取一些必要的技術(shù)節(jié)能措施，有利于電網(wǎng)的承荷能力，也有利于用戶節(jié)省電費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的時(shí)候，本身也消耗一部分能量。這些損耗一般可分為繞組損耗、鐵芯損耗、風(fēng)摩損耗和負(fù)載雜散損耗。
電動(dòng)機(jī)的效率是有效輸出功率與輸入功率之比。有效輸出功率是輸入功率與電動(dòng)機(jī)本身功耗之差。有效地減少自身功耗可以達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)效率的目的。電動(dòng)機(jī)(YX 、YX 等系列)通常指率三相異步電動(dòng)機(jī)。效率水平能達(dá)到或超過電動(dòng)機(jī)能效國家標(biāo)準(zhǔn)(GB18613-2002)所規(guī)定的節(jié)能評(píng)價(jià)值的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)能效國家標(biāo)準(zhǔn)是“中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值”，國標(biāo)號(hào)為GB18613-2002。由*于2002年1月10日發(fā)布，2002年8月1日實(shí)施。能效限定值是電動(dòng)機(jī)zui低效率允許值，是強(qiáng)制性指標(biāo)；節(jié)能評(píng)價(jià)值是電動(dòng)機(jī)的認(rèn)定值，是推薦性指標(biāo)。
隨著應(yīng)用的時(shí)間推移更新淘汰低效電動(dòng)機(jī)及高耗電設(shè)備；節(jié)能電動(dòng)機(jī)概念和技術(shù)，合理匹配電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，提高電動(dòng)機(jī)效率；以*的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改造傳統(tǒng)的機(jī)械方式，實(shí)現(xiàn)被拖動(dòng)裝置控制和設(shè)備制造；推廣軟啟動(dòng)裝置、無功補(bǔ)償裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)、優(yōu)化電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制。 關(guān)鍵字：電機(jī)節(jié)能控制 節(jié)能 電動(dòng)機(jī)
1. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的輕載調(diào)壓節(jié)能
1.1調(diào)壓節(jié)能原理及條件
大部分異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)并不在額定工況，有些負(fù)載是變動(dòng)的，運(yùn)行點(diǎn)常偏離額定點(diǎn)，有些由于選擇電機(jī)容量偏大，長期運(yùn)行于輕負(fù)荷工況。當(dāng)負(fù)載小于額定值三分之一時(shí), 即俗稱" 大馬拉小車”，這時(shí)電機(jī)的效率和功率因數(shù)都很低.而一般系列異步電機(jī)都是根據(jù)滿載或四分之三負(fù)載的效率值作為設(shè)計(jì)的依據(jù).并沒有顧及輕載點(diǎn)，因而輕載節(jié)能問題近年來為廣大電機(jī)技術(shù)工作者所重視.將對(duì)機(jī)床等負(fù)載的節(jié)電，提供了條件。
調(diào)壓節(jié)能的基本原理是利用電機(jī)輕載時(shí)效率很低這一點(diǎn)，降低輸入電機(jī)端的電壓運(yùn)行，來提高電機(jī)效率。電壓降低后，氣隙主磁通大體上成正比下降，電機(jī)定子電流中的勵(lì)磁分量電流a 也隨著下降，由于飽和程度的下降。
1.2相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器
由于電動(dòng)機(jī)在輕載或空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流主要是勵(lì)磁電流，這時(shí)功率因數(shù)比額定負(fù)載時(shí)低。相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器就是通過測量負(fù)載的功率因數(shù)，在電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)通過降低電壓，減少勵(lì)磁電流，從而達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)三相電動(dòng)機(jī)功
率公式P =φ ，要降低功率消耗可以通過減少電動(dòng)機(jī)的U 和cos φ來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上由于電度表安裝在節(jié)電器的前端，因此測量的電壓實(shí)際上并沒有變化，因此要減少功率消耗，電動(dòng)機(jī)電流和功率因數(shù)的乘積一定要下降，才能節(jié)電。由于
在降低電壓，減少勵(lì)磁電流的同時(shí)，功率因數(shù)會(huì)上升，因此，電流降低的程度一定要大干功率因數(shù)上升的幅度，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
從相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器的原理來說，節(jié)電主要是降低電動(dòng)機(jī)在低負(fù)載時(shí)的空載損耗，因此，空載損耗所占比例的大小就直接影響節(jié)電率的高低。因此(1)電動(dòng)機(jī)效率越低，電動(dòng)機(jī)的損耗就越大，則電動(dòng)機(jī)的節(jié)電空間越大。(2)電動(dòng)機(jī)功率與效率的關(guān)系 以Y 系列電動(dòng)機(jī)為例。電動(dòng)機(jī)越小，效率越低，電動(dòng)機(jī)越大，效率越高。同樣功率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低，效率越低，轉(zhuǎn)速越高，效率越高。
由于電壓降低，電動(dòng)機(jī)魚載不變，轉(zhuǎn)差率增大，電動(dòng)機(jī)輸出功率也會(huì)有所減少，因此在實(shí)際測量過程中，節(jié)約的有功會(huì)比理論計(jì)算的要偏大。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，若電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變，則轉(zhuǎn)差率近似地與電壓的平方成正比。在采取降壓節(jié)電時(shí)，只要轉(zhuǎn)差率不超過電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率，將不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生影響。
2. 大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定
2.1大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式
作為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題的研究，在過去多數(shù)著眼于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，與此不同的是，如今大型電動(dòng)機(jī)從本體設(shè)計(jì)與制造而言，大多是允許全電壓直接起動(dòng)的， 因此對(duì)大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的研究著眼點(diǎn)放在電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響方面。目前還有些行業(yè)因特殊原因必須采用全壓直接起動(dòng)，這種情況一般都會(huì)配置非常大的電力供電系統(tǒng)或者是高阻抗的變壓器電機(jī)機(jī)組。
2.2 熱變電阻降壓起動(dòng)方式
熱變電阻軟起動(dòng)器是一種新型的高壓大功率電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置。其主要技術(shù)特性是：電阻器是由具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料制成。電阻器串于電機(jī)定子回路，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)，電阻體通過起動(dòng)電流時(shí)，電阻體溫度升高而阻值隨之減小，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。起動(dòng)電阻值，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能方便地配制到的起動(dòng)參數(shù)。即在較小的起動(dòng)電流下，獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
2.2.1采用高壓熱變電阻器降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)有以下顯著的起動(dòng)特性：
(1)恒電流軟起動(dòng)特性：在電機(jī)起動(dòng)過程中，電流基本保持不變，數(shù)值在
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
用這個(gè)電勢就可實(shí)現(xiàn)逆變晶閘管的自然換相。但是在當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速很低時(shí)(例如5%ne 以下) ，電機(jī)的定子電勢很低，不能使晶閘管關(guān)斷實(shí)現(xiàn)自然換相。為了解決這個(gè)問題，采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。也就是說電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初期，電機(jī)轉(zhuǎn)速低于5%n e 期間，當(dāng)逆變器的晶閘管需要換相時(shí)，設(shè)法使逆變器的電流降低到零，使逆變器的晶閘管暫時(shí)全部關(guān)斷，然后將根據(jù)觸發(fā)的順序給應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管加上脈沖。恢復(fù)直流電流時(shí)， 電流將按觸發(fā)的順序流經(jīng)新導(dǎo)通的晶閘管，從而實(shí)現(xiàn)從一相到另一相的換相。由于逆變器晶閘管順序?qū)ǎ?直流電流順序地流過電動(dòng)機(jī)定子的相應(yīng)繞組，并產(chǎn)生合成磁場，這樣繞組電流不斷的變化必將在電機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度由逆變器的觸發(fā)周期確定， 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到5%n e以上時(shí)， 電機(jī)定子產(chǎn)生的電勢足夠大時(shí)， 逆變器的晶閘管采用自然換相，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將使電機(jī)繼續(xù)不斷地提高轉(zhuǎn)速，一直到9 5%n e 時(shí)，電機(jī)將并網(wǎng)拉人同步(符合并網(wǎng)條件時(shí)) 。變頻器退出系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的軟啟動(dòng)。
3.2變頻器及其功率部分組成
主要包括：(1) 進(jìn)線側(cè)的整流器和電機(jī)側(cè)的逆變器，使用的都是全控三相橋；
(2) 變頻器的整流側(cè)與逆變側(cè)都無熔斷器；(3) 晶閘管用光纖間接觸發(fā)，每個(gè)晶閘管都有反饋信號(hào)；(4) 逆變器側(cè)裝有LEM 的電子互感器(在各頻率范圍內(nèi)都有高精度的直流電流互感器) ；(5) 直流環(huán)節(jié)的電抗器具有足夠大的電感量，用以降低電流的紋波和限制電流變化率；(6) 在變頻器的進(jìn)線和出線端都裝有過電壓限制器；(7) 啟動(dòng)變頻變壓器，為與電網(wǎng)電壓和電機(jī)電壓有一個(gè)優(yōu)化的匹配，需在變頻器的輸入與輸出端配置變頻變壓器，其中：降壓變壓器(進(jìn)線側(cè)) ，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 10.OkV/2×2.9kV ，50Hz ，U ≤ l3.5%：
升壓變壓器(電機(jī)側(cè)) ，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 2 x 2.9kV /10.0kV ，50Hz ，Uk=8.5%。系統(tǒng)的控制器使用的SIMADYN D控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字化可自由配置帶多微機(jī)系統(tǒng)，專門用于系統(tǒng)的計(jì)算和快速的開閉環(huán)控制。
5.電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理和技術(shù)措施
5.1降低發(fā)熱損耗：
(1)優(yōu)化電機(jī)內(nèi)電與磁的合理匹配；
(2)選用的繞組材料；
(3)選用損耗與磁性能匹配合理的鐵芯材料；
(4)有效增大銅面積。
5.2降低雜散損耗：
(1)合理設(shè)計(jì)齒槽關(guān)系和氣隙；
(2)可靠的制造工藝減少磁場琦變。
5.3降低風(fēng)磨損耗：
降低風(fēng)磨損耗合理的軸承結(jié)構(gòu)和滑設(shè)計(jì)；降低通風(fēng)損耗：(1)提高熱傳導(dǎo)效率；(2)提高自然對(duì)流散熱能力，減小通風(fēng)量需求；(3)提高冷卻與熱的交換效率；(4)提高冷卻風(fēng)扇的效率。
電動(dòng)機(jī)節(jié)能的原理是通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的電、磁、機(jī)械和通風(fēng)的優(yōu)化，材料及*制造工藝的使用，并結(jié)合*全面的試驗(yàn)及測試手段，切實(shí)有效地降低電動(dòng)機(jī)的各方面損耗。
6. 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施
6.1開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)SRD 特點(diǎn)：
效率高，節(jié)能效果好。在所有的調(diào)速和功率范圍內(nèi)，SRD 整體效率比交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)(簡稱變頻調(diào)速)至少高3%以上，在低速工作的狀態(tài)下其效率能夠提高10%以上。與直流調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、電磁調(diào)速等系統(tǒng)相比，SRD 節(jié)電效果更明顯。
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，特別適合于那些需要重載起動(dòng)和負(fù)載變化明顯并且頻繁的場合。SRD 控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)可得到較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%時(shí)、起動(dòng)電流僅為額定電流的30%，比之交流電動(dòng)機(jī)的300%電流獲得100%的轉(zhuǎn)矩的性能，優(yōu)勢非常明顯。
調(diào)速范圍廣。SRD 電機(jī)可以在低速下長期運(yùn)行。由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時(shí)還要低，解決了變頻調(diào)速低速運(yùn)行下電機(jī)發(fā)熱問題。此外，SRD 電機(jī)zui高轉(zhuǎn)速不會(huì)像交流電動(dòng)機(jī)那樣受極數(shù)的限制，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活地設(shè)定zui高轉(zhuǎn)速。可頻繁正、反轉(zhuǎn)，頻繁起動(dòng)、停止，系統(tǒng)調(diào)控性能好，四象限控制靈活，因此，非常適合于龍門刨床、可逆軋機(jī)、油田抽油機(jī)、螺旋壓力機(jī)等
應(yīng)用場合。制動(dòng)性能好，能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，節(jié)約電能*。
(1)新購電動(dòng)機(jī)，應(yīng)首先考慮選用節(jié)能電動(dòng)機(jī)，然后再按需考慮其他性能指標(biāo)，以便節(jié)能電能。(2)提高電動(dòng)機(jī)本身的效率，如將電動(dòng)機(jī)自冷風(fēng)扇。可在負(fù)荷很小或戶外電動(dòng)機(jī)在冬季時(shí)停用冷風(fēng)扇，有利于降低能耗。(3)將定子繞組改線成星——三角形星混合串接繞組，按負(fù)荷大小轉(zhuǎn)換星形接法或三角形接法，有利于改善繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢波形及降低繞組工作電流，達(dá)到節(jié)能的目的。(4)采油其他連續(xù)調(diào)速運(yùn)行方式，如使用調(diào)速器、變極電動(dòng)機(jī)、電磁耦合調(diào)速器、變頻調(diào)速裝置等。(5)更換“大馬拉小車”電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”除了浪費(fèi)電能外，極易造成設(shè)備損壞。另外，合理調(diào)整電動(dòng)機(jī)配套使用，可使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在率工作區(qū)，達(dá)到節(jié)能的目的。(6)合理安裝并聯(lián)低壓電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，有效地提高功率因數(shù)，減少無功損耗，節(jié)約電能。(7)從接火處通往電能表及通往電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線截面應(yīng)滿足再流量，且導(dǎo)線應(yīng)盡量縮短，減小導(dǎo)線電阻，降低損耗。(8)缺相與過負(fù)載時(shí)仍可工作。出現(xiàn)電源缺相、電機(jī)或控制器任一相出現(xiàn)故障時(shí)，SR 電動(dòng)機(jī)輸出功率減小，但仍然可以運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)超過額定負(fù)載120%以上時(shí)，轉(zhuǎn)速只會(huì)下降，而不會(huì)燒毀電機(jī)和控制器。
以上措施可以分別采用，也可以多項(xiàng)采用。總之，對(duì)電動(dòng)機(jī)采取一些必要的技術(shù)節(jié)能措施，有利于電網(wǎng)的承荷能力，也有利于用戶節(jié)省電費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的時(shí)候，本身也消耗一部分能量。這些損耗一般可分為繞組損耗、鐵芯損耗、風(fēng)摩損耗和負(fù)載雜散損耗。
電動(dòng)機(jī)的效率是有效輸出功率與輸入功率之比。有效輸出功率是輸入功率與電動(dòng)機(jī)本身功耗之差。有效地減少自身功耗可以達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)效率的目的。電動(dòng)機(jī)(YX 、YX 等系列)通常指率三相異步電動(dòng)機(jī)。效率水平能達(dá)到或超過電動(dòng)機(jī)能效國家標(biāo)準(zhǔn)(GB18613-2002)所規(guī)定的節(jié)能評(píng)價(jià)值的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)能效國家標(biāo)準(zhǔn)是“中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值”，國標(biāo)號(hào)為GB18613-2002。由*于2002年1月10日發(fā)布，2002年8月1日實(shí)施。能效限定值是電動(dòng)機(jī)zui低效率允許值，是強(qiáng)制性指標(biāo)；節(jié)能評(píng)價(jià)值是電動(dòng)機(jī)的認(rèn)定值，是推薦性指標(biāo)。
隨著應(yīng)用的時(shí)間推移更新淘汰低效電動(dòng)機(jī)及高耗電設(shè)備；節(jié)能電動(dòng)機(jī)概念和技術(shù)，合理匹配電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，提高電動(dòng)機(jī)效率；以*的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改造傳統(tǒng)的機(jī)械方式，實(shí)現(xiàn)被拖動(dòng)裝置控制和設(shè)備制造；推廣軟啟動(dòng)裝置、無功補(bǔ)償裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)、優(yōu)化電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制。 關(guān)鍵字：電機(jī)節(jié)能控制 節(jié)能 電動(dòng)機(jī)
1. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的輕載調(diào)壓節(jié)能
1.1調(diào)壓節(jié)能原理及條件
大部分異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)并不在額定工況，有些負(fù)載是變動(dòng)的，運(yùn)行點(diǎn)常偏離額定點(diǎn)，有些由于選擇電機(jī)容量偏大，長期運(yùn)行于輕負(fù)荷工況。當(dāng)負(fù)載小于額定值三分之一時(shí), 即俗稱" 大馬拉小車”，這時(shí)電機(jī)的效率和功率因數(shù)都很低.而一般系列異步電機(jī)都是根據(jù)滿載或四分之三負(fù)載的效率值作為設(shè)計(jì)的依據(jù).并沒有顧及輕載點(diǎn)，因而輕載節(jié)能問題近年來為廣大電機(jī)技術(shù)工作者所重視.將對(duì)機(jī)床等負(fù)載的節(jié)電，提供了條件。
調(diào)壓節(jié)能的基本原理是利用電機(jī)輕載時(shí)效率很低這一點(diǎn)，降低輸入電機(jī)端的電壓運(yùn)行，來提高電機(jī)效率。電壓降低后，氣隙主磁通大體上成正比下降，電機(jī)定子電流中的勵(lì)磁分量電流a 也隨著下降，由于飽和程度的下降。
1.2相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器
由于電動(dòng)機(jī)在輕載或空載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流主要是勵(lì)磁電流，這時(shí)功率因數(shù)比額定負(fù)載時(shí)低。相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器就是通過測量負(fù)載的功率因數(shù)，在電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)通過降低電壓，減少勵(lì)磁電流，從而達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)三相電動(dòng)機(jī)功
率公式P =φ ，要降低功率消耗可以通過減少電動(dòng)機(jī)的U 和cos φ來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上由于電度表安裝在節(jié)電器的前端，因此測量的電壓實(shí)際上并沒有變化，因此要減少功率消耗，電動(dòng)機(jī)電流和功率因數(shù)的乘積一定要下降，才能節(jié)電。由于
在降低電壓，減少勵(lì)磁電流的同時(shí)，功率因數(shù)會(huì)上升，因此，電流降低的程度一定要大干功率因數(shù)上升的幅度，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
從相控電動(dòng)機(jī)節(jié)電器的原理來說，節(jié)電主要是降低電動(dòng)機(jī)在低負(fù)載時(shí)的空載損耗，因此，空載損耗所占比例的大小就直接影響節(jié)電率的高低。因此(1)電動(dòng)機(jī)效率越低，電動(dòng)機(jī)的損耗就越大，則電動(dòng)機(jī)的節(jié)電空間越大。(2)電動(dòng)機(jī)功率與效率的關(guān)系 以Y 系列電動(dòng)機(jī)為例。電動(dòng)機(jī)越小，效率越低，電動(dòng)機(jī)越大，效率越高。同樣功率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低，效率越低，轉(zhuǎn)速越高，效率越高。
由于電壓降低，電動(dòng)機(jī)魚載不變，轉(zhuǎn)差率增大，電動(dòng)機(jī)輸出功率也會(huì)有所減少，因此在實(shí)際測量過程中，節(jié)約的有功會(huì)比理論計(jì)算的要偏大。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，若電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變，則轉(zhuǎn)差率近似地與電壓的平方成正比。在采取降壓節(jié)電時(shí)，只要轉(zhuǎn)差率不超過電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率，將不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生影響。
2. 大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定
2.1大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式
作為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題的研究，在過去多數(shù)著眼于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，與此不同的是，如今大型電動(dòng)機(jī)從本體設(shè)計(jì)與制造而言，大多是允許全電壓直接起動(dòng)的， 因此對(duì)大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的研究著眼點(diǎn)放在電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響方面。目前還有些行業(yè)因特殊原因必須采用全壓直接起動(dòng)，這種情況一般都會(huì)配置非常大的電力供電系統(tǒng)或者是高阻抗的變壓器電機(jī)機(jī)組。
2.2 熱變電阻降壓起動(dòng)方式
熱變電阻軟起動(dòng)器是一種新型的高壓大功率電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置。其主要技術(shù)特性是：電阻器是由具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料制成。電阻器串于電機(jī)定子回路，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)，電阻體通過起動(dòng)電流時(shí)，電阻體溫度升高而阻值隨之減小，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。起動(dòng)電阻值，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能方便地配制到的起動(dòng)參數(shù)。即在較小的起動(dòng)電流下，獲得足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
2.2.1采用高壓熱變電阻器降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)有以下顯著的起動(dòng)特性：
(1)恒電流軟起動(dòng)特性：在電機(jī)起動(dòng)過程中，電流基本保持不變，數(shù)值在
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
2.5Ie 以下，且有顯著的軟起動(dòng)特性。
(2)起動(dòng)過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個(gè)起動(dòng)過程接近于恒定不變的。
(3)母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機(jī)起動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到zui低，母線壓降在5%左右。
2.3高壓變頻軟起動(dòng)裝置
在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動(dòng)機(jī)或抽水蓄能的大型電動(dòng)發(fā)電機(jī)常采用變壓變頻軟起動(dòng)方式。高壓變頻軟起動(dòng)方式主要還是針對(duì)風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)及泵類設(shè)備的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)而研制的，起動(dòng)過程中這些機(jī)械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥門來改變降低起動(dòng)阻力矩，從而可以降低對(duì)電機(jī)起動(dòng)力矩的要求，一般情況下，要求電機(jī)起動(dòng)力矩為額定的50%左右就足夠了。
高壓變頻軟起動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF 變頻器。 當(dāng)輸出頻率從0Hz (同步起動(dòng))或5 Hz(異步起動(dòng))逐步升高到50 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。一般情況，起動(dòng)電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。
3. 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻軟起動(dòng)技術(shù)
3.1同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理
下面以西門子公司高壓變頻軟起動(dòng)為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。
同步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個(gè)較大電感的直流電抗器，既有濾波功能又能當(dāng)逆變側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)， 由于電抗器的存在，電流不會(huì)發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會(huì)迅速響應(yīng)，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會(huì)引起電機(jī)額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。另外變頻裝置還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，進(jìn)而影響電機(jī)的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動(dòng)過程中，還采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中由于外加勵(lì)磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)定子中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢， 當(dāng)這個(gè)電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時(shí)，晶閘管會(huì)關(guān)斷，利
用這個(gè)電勢就可實(shí)現(xiàn)逆變晶閘管的自然換相。但是在當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速很低時(shí)(例如5%ne 以下) ，電機(jī)的定子電勢很低，不能使晶閘管關(guān)斷實(shí)現(xiàn)自然換相。為了解決這個(gè)問題，采用了直流脈動(dòng)技術(shù)。也就是說電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初期，電機(jī)轉(zhuǎn)速低于5%n e 期間，當(dāng)逆變器的晶閘管需要換相時(shí)，設(shè)法使逆變器的電流降低到零，使逆變器的晶閘管暫時(shí)全部關(guān)斷，然后將根據(jù)觸發(fā)的順序給應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管加上脈沖。恢復(fù)直流電流時(shí)， 電流將按觸發(fā)的順序流經(jīng)新導(dǎo)通的晶閘管，從而實(shí)現(xiàn)從一相到另一相的換相。由于逆變器晶閘管順序?qū)ǎ?直流電流順序地流過電動(dòng)機(jī)定子的相應(yīng)繞組，并產(chǎn)生合成磁場，這樣繞組電流不斷的變化必將在電機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度由逆變器的觸發(fā)周期確定， 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到5%n e以上時(shí)， 電機(jī)定子產(chǎn)生的電勢足夠大時(shí)， 逆變器的晶閘管采用自然換相，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將使電機(jī)繼續(xù)不斷地提高轉(zhuǎn)速，一直到9 5%n e 時(shí)，電機(jī)將并網(wǎng)拉人同步(符合并網(wǎng)條件時(shí)) 。變頻器退出系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的軟啟動(dòng)。
3.2變頻器及其功率部分組成
主要包括：(1) 進(jìn)線側(cè)的整流器和電機(jī)側(cè)的逆變器，使用的都是全控三相橋；
(2) 變頻器的整流側(cè)與逆變側(cè)都無熔斷器；(3) 晶閘管用光纖間接觸發(fā)，每個(gè)晶閘管都有反饋信號(hào)；(4) 逆變器側(cè)裝有LEM 的電子互感器(在各頻率范圍內(nèi)都有高精度的直流電流互感器) ；(5) 直流環(huán)節(jié)的電抗器具有足夠大的電感量，用以降低電流的紋波和限制電流變化率；(6) 在變頻器的進(jìn)線和出線端都裝有過電壓限制器；(7) 啟動(dòng)變頻變壓器，為與電網(wǎng)電壓和電機(jī)電壓有一個(gè)優(yōu)化的匹配，需在變頻器的輸入與輸出端配置變頻變壓器，其中：降壓變壓器(進(jìn)線側(cè)) ，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 10.OkV/2×2.9kV ，50Hz ，U ≤ l3.5%：
升壓變壓器(電機(jī)側(cè)) ，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 2 x 2.9kV /10.0kV ，50Hz ，Uk=8.5%。系統(tǒng)的控制器使用的SIMADYN D控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字化可自由配置帶多微機(jī)系統(tǒng)，專門用于系統(tǒng)的計(jì)算和快速的開閉環(huán)控制。
5.電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理和技術(shù)措施
5.1降低發(fā)熱損耗：
(1)優(yōu)化電機(jī)內(nèi)電與磁的合理匹配；
(2)選用的繞組材料；
(3)選用損耗與磁性能匹配合理的鐵芯材料；
(4)有效增大銅面積。
5.2降低雜散損耗：
(1)合理設(shè)計(jì)齒槽關(guān)系和氣隙；
(2)可靠的制造工藝減少磁場琦變。
5.3降低風(fēng)磨損耗：
降低風(fēng)磨損耗合理的軸承結(jié)構(gòu)和滑設(shè)計(jì)；降低通風(fēng)損耗：(1)提高熱傳導(dǎo)效率；(2)提高自然對(duì)流散熱能力，減小通風(fēng)量需求；(3)提高冷卻與熱的交換效率；(4)提高冷卻風(fēng)扇的效率。
電動(dòng)機(jī)節(jié)能的原理是通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的電、磁、機(jī)械和通風(fēng)的優(yōu)化，材料及*制造工藝的使用，并結(jié)合*全面的試驗(yàn)及測試手段，切實(shí)有效地降低電動(dòng)機(jī)的各方面損耗。
6. 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施
6.1開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)SRD 特點(diǎn)：
效率高，節(jié)能效果好。在所有的調(diào)速和功率范圍內(nèi)，SRD 整體效率比交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)(簡稱變頻調(diào)速)至少高3%以上，在低速工作的狀態(tài)下其效率能夠提高10%以上。與直流調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、電磁調(diào)速等系統(tǒng)相比，SRD 節(jié)電效果更明顯。
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，特別適合于那些需要重載起動(dòng)和負(fù)載變化明顯并且頻繁的場合。SRD 控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)可得到較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的150%時(shí)、起動(dòng)電流僅為額定電流的30%，比之交流電動(dòng)機(jī)的300%電流獲得100%的轉(zhuǎn)矩的性能，優(yōu)勢非常明顯。
調(diào)速范圍廣。SRD 電機(jī)可以在低速下長期運(yùn)行。由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時(shí)還要低，解決了變頻調(diào)速低速運(yùn)行下電機(jī)發(fā)熱問題。此外，SRD 電機(jī)zui高轉(zhuǎn)速不會(huì)像交流電動(dòng)機(jī)那樣受極數(shù)的限制，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活地設(shè)定zui高轉(zhuǎn)速。可頻繁正、反轉(zhuǎn)，頻繁起動(dòng)、停止，系統(tǒng)調(diào)控性能好，四象限控制靈活，因此，非常適合于龍門刨床、可逆軋機(jī)、油田抽油機(jī)、螺旋壓力機(jī)等
應(yīng)用場合。制動(dòng)性能好，能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，節(jié)約電能*。
(1)新購電動(dòng)機(jī)，應(yīng)首先考慮選用節(jié)能電動(dòng)機(jī)，然后再按需考慮其他性能指標(biāo)，以便節(jié)能電能。(2)提高電動(dòng)機(jī)本身的效率，如將電動(dòng)機(jī)自冷風(fēng)扇。可在負(fù)荷很小或戶外電動(dòng)機(jī)在冬季時(shí)停用冷風(fēng)扇，有利于降低能耗。(3)將定子繞組改線成星——三角形星混合串接繞組，按負(fù)荷大小轉(zhuǎn)換星形接法或三角形接法，有利于改善繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢波形及降低繞組工作電流，達(dá)到節(jié)能的目的。(4)采油其他連續(xù)調(diào)速運(yùn)行方式，如使用調(diào)速器、變極電動(dòng)機(jī)、電磁耦合調(diào)速器、變頻調(diào)速裝置等。(5)更換“大馬拉小車”電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”除了浪費(fèi)電能外，極易造成設(shè)備損壞。另外，合理調(diào)整電動(dòng)機(jī)配套使用，可使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在率工作區(qū)，達(dá)到節(jié)能的目的。(6)合理安裝并聯(lián)低壓電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，有效地提高功率因數(shù)，減少無功損耗，節(jié)約電能。(7)從接火處通往電能表及通往電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線截面應(yīng)滿足再流量，且導(dǎo)線應(yīng)盡量縮短，減小導(dǎo)線電阻，降低損耗。(8)缺相與過負(fù)載時(shí)仍可工作。出現(xiàn)電源缺相、電機(jī)或控制器任一相出現(xiàn)故障時(shí)，SR 電動(dòng)機(jī)輸出功率減小，但仍然可以運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)超過額定負(fù)載120%以上時(shí)，轉(zhuǎn)速只會(huì)下降，而不會(huì)燒毀電機(jī)和控制器。
以上措施可以分別采用，也可以多項(xiàng)采用。總之，對(duì)電動(dòng)機(jī)采取一些必要的技術(shù)節(jié)能措施，有利于電網(wǎng)的承荷能力，也有利于用戶節(jié)省電費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)在將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的時(shí)候，本身也消耗一部分能量。這些損耗一般可分為繞組損耗、鐵芯損耗、風(fēng)摩損耗和負(fù)載雜散損耗。
電動(dòng)機(jī)的效率是有效輸出功率與輸入功率之比。有效輸出功率是輸入功率與電動(dòng)機(jī)本身功耗之差。有效地減少自身功耗可以達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)效率的目的。電動(dòng)機(jī)(YX 、YX 等系列)通常指率三相異步電動(dòng)機(jī)。效率水平能達(dá)到或超過電動(dòng)機(jī)能效國家標(biāo)準(zhǔn)(GB18613-2002)所規(guī)定的節(jié)能評(píng)價(jià)值的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)能效國家標(biāo)準(zhǔn)是“中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值”，國標(biāo)號(hào)為GB18613-2002。由*于2002年1月10日發(fā)布，2002年8月1日實(shí)施。能效限定值是電動(dòng)機(jī)zui低效率允許值，是強(qiáng)制性指標(biāo)；節(jié)能評(píng)價(jià)值是電動(dòng)機(jī)的認(rèn)定值，是推薦性指標(biāo)。