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产品系列三:三相异步电机节电控制系统

一、三相异步电机使用现状                    

随着我国工农业生产的迅速发展,电能的需求量越来越大,开发和节约能源已成当务之急。作为一种重要的动力设备,异步电动机的用电量是非常大的。这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的,但在实际使用中,大都经常处在轻载,甚至在空载下运行。因此,“大马拉小车”的现象几乎是很普通的。因此在目前我国工业生产不断发展,能源日趋紧张,环保要求日趋高涨的情况下,提高电机运行效率可以极大缓解能源紧张状况,提高国民经济效益,具有十分重要的现实意义。为了提高电机的工作效率,多年来世界各国从电机的设计制造、电机的选择使用、电网供电管理等几个方面入手,作了大量研究工作,取得了较好的成果。其中从电机的设计制造方面人手,开发出了高效节能电动机,使效率显著提高,可大量节能。但这种电机造价较高,而且经济效果较大地取决于负载的情况,即对于长期工作于额定负载、连续运行的应用场合,其节能效果能达到最佳。但对大多数电机用户来说,怎样使现有设备上的电机工作于效率较高的状态显得更为现实。

               

           三相异步电机                             游梁式抽油机

           

 二、三相异步电机节能原理

交流感应电机的工作原理是在定子的对称三相绕组中通过三相对称电流产生三相旋转磁动势,其中基波磁动势作用于光滑气隙,并在气隙中产生基波旋转磁场。基波旋转磁场以同步转速NS=60F/P旋转,切割定、转子绕组而分别在绕组中感生电动势。转子电动势在自成闭合回路的转子绕组中产生电流,该电流与气隙中基波磁场作用,产生电磁转矩,从而使转子旋转驱动机械负载。电机都必须消耗一定的能量以提供磁场让其连续工作,当供给笼型电机的端电压恒定时,因此产生的磁通也保持恒定。在额定转速下,磁场消耗的能量保持恒定,与负载所需的转矩无关,支持负载转矩的能量大小取决于转矩的大小。当负载转矩增加,转子的转速会稍微下降(转差率增大),使得感应的转子电流上升以增加转矩,转子中增加的电流由定子线圈中增加的电流来平衡,相反,如果需要的负载转矩减少,转差率减少,转子电流下降,定子电流也相应下降。但在端电压恒定的情况下,定子提供磁场的电流在任何负载转矩条件下将保持恒定。结果是感应电机的效率随负载的减少而降低。

下图表示典型的电机效率与负荷的关系:

           

     1  电机负荷与电机效率曲线             2 电机定子铁芯机绕组

电机的效率是电机输出功率与输入功率的比值的百分数,因此电机的输入功率并不仅用来驱动电机即输出功率,还有一部分将成为电机固有的损耗。电机的主要损耗为铜耗和铁损,其中铜耗是由于电流流过电机绕组而产生,与电流的平方成正比;铁损是由于定子和转子铁芯中的磁化电流而产生,与供电电压成正比。其它损耗很小,可忽略。调压节电原理是当负荷下降时,可以适当降低电压以减少铁损,同时电流随之下降也减少了铜损及无谓的浪费,此时电机的效率将得到改善。电机负荷的检测通常采用检测电机效率进行:电机负荷大,则它的效率越高;电机负荷小,则它的效率越低。

事实上,很少的电机始终在额定条件下运行,通常选择的标准电机其标称均高于驱动负载时最大需求。由于这一原因,所选择的电机几乎一定是超出标准的。当提供额定电压时即使满负荷运行也有节电空间。此外,有些应用其负荷本来就是变化的,而选择的电机大小必须满足其最大负荷时的需求,最大负荷只是间断出现,其他时间负荷要小得多。由于电机产生的转矩与供电电压的平方成正比,降低端电压将减少转矩,以达到匹配电机实际转矩的目的,同时,降低电压实际上是降低了电机所需的磁场能量,也意味着输出功率的减少。

利用这一原理,节能控制器可以在从空载至多数负载情况下保持恒定的电机效率 ,在轻负载的情况下电机的电压自动降至最低需求,而转速保持恒定,因此降低了不必的损耗。原则上,在轻载条件下,将过剩的励磁电流减少到仅仅与保持负荷的恒定转矩相匹配,使电机的运行效率提高,如果负载增加,电压将自动上升以防止电机失速。

节电系统由微处理器芯片、可控硅、移相触发系统等组成。其核心技术是动态跟踪电机负载量的变化,调整电机运行过程中的电压与电流,保证电机的输出转矩与实际负荷需求精确匹配,不改变电机的转速,不影响电机的正常运行,并且能有效避免电机因出力过度造成的电能浪费,具有很好的动态节电控制功能,能有效地降低电机的功率损耗,改善电机的启动、停机性能,延长电机的使用寿命。

 三、节电控制器产品说明

电机智能节电控制器是通过控制交流电机磁场的一个高质量的电动机控制器。该控制器是一个独立的、固态器件,安装于交流电机和电机起动器之间。它具有准坡道型式、软启动和一种独特的节能特性,自动持续地更新电机磁场从而匹配载荷。智能节电控制器对电机的速度没有影响,它不是一个变速驱动,也不能与变速驱动联接。该控制器的电路包括一个固态软启动,可将合闸电流降低近70%,软启动降低电流接触器的磨损、机械启动时对轴承以及有关的传动列的压力。另外,特别是当电机处于“工作循环”或频繁开启时,绝缘损坏和热积累也将减少。节能特性可使电机的工作温度降低至1040°F,从而延长电机寿命。每降低10°C,可以延长一倍电机寿命。控制器不能消除电机的通常问题,包括无效电机的绝缘、线圈问题、粗劣的润滑和一般的破损。

电机智能节电控制器不是:

l 不是一个能量限制装置而是一个能量匹配装置,控制器对电机负荷的变化出迅速的响应,从而提供合适的电量。

l 不是一个变频驱动器也不与变频驱动器、永磁电机、涡流驱动器或再生式制动器兼容。

l 不是一个功率因数改善装置虽然有时较低的功率因数可以提高10-20%,但该控制器的主要作用是降低能耗

电机智能节电控制器不是一种灵敏的电子负荷,它是一种现场设备,是一种可对交流感应电动机的磁场进行整合的高质量电动机控制器。它是一种自保持的固态器件,安装在交流电动机与其启动器之间,提供真正的波形软启动并具有独特的节能特性,能连续自动地更新电机磁场,将电机能耗减小到维持实际负荷水平。性能控制器对电机的速度,转矩或动态响应没有影响,因此,不可将其视为变速驱动器,或与此类驱动器相连接。它仅仅对电机的能量进行更新。

四、控制器性能特点

1)系统采用高压开关电源供电技术,提供多路隔离的直流电压,供系统中的控制系统使用,该项技术避免了在启动过程中,电压瞬间降低对控制系统稳定性造成的影响,极大地提高了控制系统在启动过程中的稳定性;

2)在出现负功率因数,即电机倒发电情况下,可以自动切换到合适电压,避免了电机对功率器件的冲击;

3)具备RS485接口,可以实时控制电机启动,停止,软启动参数调节,显示电压,电流,视在功率,有功功率,无功功率,功率因数等参数;可以通过GMS网络、无线网络、有线传输等方式实现集中控制;

4)具备触摸屏控制接口,可连接触摸屏,实现各项参数的显示,各项参数的调整;

5)具备软启动功能,保证电机平稳启动;

6)在故障情况下,可以自动切换到具备旁路运行,不影响设备正常运行;

          

    

             4  远程测量和控制

7)数字按键设定,可以设定电机各项软启动参数,电机节能量设定,最小电压工作电压设定,PID各项参数设定,并可进行永久保存;

8)实时检测外部电压电网参数,并可根据外部电网参数,对用户设定的最低电压进行自动调整;

9)采用数字触发技术,三相平衡度高,切无需调整;

10)采用多MCU技术,全数字控制;

11)具备完善的保护功能,包括过压,欠压,过流,过热,缺相,在出现保护的同时,自动切换到旁路,不影响设备正常运行;

12)节电效果明显,根据电机负载量的不同,可对电机节电达到10%~45%;

14)高效节省电费的同时,不改变电机的转速,不影响设备的正常工作;

15)抗涌流节电并保护设备;

16)具备软启动的功能,其优点如下:

1、减小电流冲击:对于标准电机减小高达70%,对于高效电机减小高达80%。有效降低避免电机疲劳老化,延长电机寿命。

2、平稳加速对皮带、链条、齿轮箱和轴承减小机械应力

3、减少电器触点间的电弧,从而延长了供电系统的寿命

4、可调节的软启动波形可防止在启动高扭矩设备时停机。

5、减小了设备的峰值”,减小电源瞬间负荷。提高供电系统可靠性。

              软启动与常规启动差别示意图

17) 具备良好的滤波功能

控制器安装在供电系统与电机之间,它可有效过滤、吸收、抑制配电网络中的瞬变、浪涌、谐波等电源污染,保护电机不受干扰、破坏;并可有效降低这些污染源所引起的用电系统能耗增加,提高用电系统的效率,延长设备的使用寿命,具有节能和保护电机的双重功效。

五、产品技术指标:

工作电压:      三相380±10%

工作频率:      50HZ±5%

输出功率:      5.5-230KW

过载能力:      4倍标称电流20秒;3倍标称电流60秒;1倍标称电流连续运行

自身功耗:      1A<5W

启动次数/小时: 最大负载状态每小时启动4次;根据所带负载最大可达60 

绝缘电压:      机箱与主电路以及与控制电路之间2KV

冷却方式:      所有系列自然冷却 

工作温度:      -3065摄氏度环境温度

相对湿度:      低于95%不结露

旁路方式:      手动旁路开关

防护等级:      标准型IP30,其它等级可选

七、节能控制器应用范围

电机节电器适用于任何不需要调节速度的交流感应电机。对负载经常变化及时常轻载状态的电机,提高其性能及提供节能的空间,亦可在高性能的电机上应用,并提供一个极佳的软启动及软停机的功效及节电效能,应用范围甚广。一台节电器可以对一台电机,亦可对应多台电机。

适用范围:五金加工厂、铝材厂、钢铁厂、玩具厂、水泥厂、电路版厂、压铸厂、油田、塑胶厂、模具厂、金属制品厂、铸造厂、机械厂等;

适用设备:四面刨机、液压机、六角机床、研磨机、成型机、冲床、抛光机、悬垂机、压力机、压铸机、挤压机、切削机、压缩机、油井抽油机、搅拌机、塑胶开炼机、塑胶密炼机、注塑机、锻机、板机、混凝土成型机、橡胶成型机、轧钢设备、磨床、碎石机、自动生产线、螺丝机、裁断机、等等。

        

  

        皮带机                                     碎石机

          

           

           自动扶梯                                   破碎机

 


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