基于电动机启动和节能的新技术应用方法探析

兴安盟节能监察中心 张兴海

基于电动机启动和节能的新技术应用方法探析

兴安盟节能监察中心 张兴海

通过梳理电动机启动与节能技术理论文献，结合实践工作经验，对当前电动机启动常用方法优缺点的比较，探讨液阻软启动技术、磁控软启动、变频软启动和晶闸管三相交流调压软启动。进一步分析电动机节能的基本方法，按照最优功率因数控制原则设计应用较多的调压控制技术，以及对突变负荷控制方法进行探析。

电动机；节能技术；软启动；变频调速

1 软启动技术探析

1.1 液阻软启动

液阻软启动也有缺点，一是液体电阻箱体积大，根本原因是限流，降低了温升引起的体积；二是需要有一个移动板的伺服机构，它动作较慢，很难实现多种方式启动；三是液阻软启动需要维护，液体在液体箱内，需要定期补充；四是液阻软启动装置不宜放置在容易结冰或碰伤的地方。近年来，出现了液阻热软启动装置，通过液体电阻本身在软起动过程中的温度升高，电解质的电导率和温度之间的正相关关系，较少的板块伺服机构可以实现软启动。然而，该设备限流装置不具备限流能力，对环境温度的使用要求高，软启动重复性差。

1.2 磁控软启动

磁控软启动来自反应器的软启动。三相电抗器串联在电动机定子端是一个共同点。磁饱和软起动器的主要区别在于电抗器软启动。一般来说，起动流量在启动时很强，在启动过程中逐渐减弱。限流的效果是通过控制直流励磁电流，并改变铁心的饱和来实现的。由于磁饱和电抗器的输出功率比控制功率大几倍，故又称为磁放大器。磁饱和电抗器有3对交流绕组和一个共同的直流励磁绕组。通过交流绕组中的定子电流影响励磁电路的运行。

1.3 变频软启动

变频软启动通过改变电动机的定子频率，改变电动机旋转磁场的角速度来改变电动机的转速。该方法最大的优点是具有较大的起动转矩，适用于重负荷；不仅可以实现软启动，软停车也是可以实现的；单元串联变频器可以实现起动谐波含量小，功率因数高；本启动模式虽然有许多优点，但启动设备价格昂贵。

1.4 晶闸管三相交流调压软启动

晶闸管软启动是通过开关控制晶闸管的角度，从而实现电压的变化，以达到限流节能的目的。根据实际负载的起动要求，设置起动电压、电流限制和启动时间。目前在低压（380 V）范围内，晶闸管软启动产品的价格已经下降到约2倍的液阻软启动。主要性能优于液阻软启动。与液阻软起动相比，具有体积小、结构紧凑、维护量小、重复性好等优点。

2 电动机节能的基本方法探析

2.1 优化电动机设计

优化设计电动机，犹如开发和使用一个高效节能电动机，但如此大的投资电动机，更换现在正在使用的电动机，这是不可接受的。目前，永磁同步电动机应用于油田，转子为永磁体，不需要励磁电流，功率因数高，励磁绕组的损耗比异步电动机低。

2.2 电动机节能技术改造

并联电容补偿是最早的节能方法之一，可分为固态补偿和动态补偿2种类型。固态补偿是补偿电容器与电动机并联运行，所需的无功功率由电动机提供启动和运行的电容，有功功率由电源提供，可以最大限度地减少无功功率驱动系统。这种方法不仅可以提高功率因数，减少无功功率的损失，而且可以提高电力设备的电压质量，但不能降低电动机本身的有功功率损耗。节能原理是当电动机处于轻载运行，减少电动机的端电压，定子铁损和铜损会降低，转子铜损会略有增加，可以忽略机械损耗和杂散损耗，降低功率损耗。电压节能主要是电动机定子铁损和铜损的降低。现在有降压变压器和电力电子器件2种方式。

3 调压节能的控制方法

3.1 按照最优功率因数控制原则设计的一种节能装置

该装置采用晶闸管实现电压的调节控制，实现电压调节控制方法是根据功率因数，以晶闸管电流过零时间的相电压反映功率因数的大小或负载的过零点之间的差异。这种方法可以达到一定的节能效果，但当电压幅值过大时，供电线路的谐波分量很大，影响节能。根据功率因数的电压控制方法，又分为恒定功率因数和伺服功率因数。恒定功率因数的方法是用来测量电动机的值，在操作中，与设定的参考值相比。当实际值低于设定值时，电动机即为轻载，可通过降低定子电压值来改善，直至实际符合设定值，同时降低电动机的端电压，以保证输出轴的功率。

3.2 根据最小功率输入法实现电压调节节能方案

交流异步电动机工作时，从电源输入部分电力转换为电动机的机械功率输出轴，通过降低末端电动机电压，降低电动机损耗，提高电动机的效率和功率因数，达到节能的目的。当电动机在轻负荷运行时，电动机的电压损耗和铜损耗可以降低，但当电压下降到一定程度时，定子电流会增加，这会导致铜损失的增加。通过软件的自动优化，电动机损耗保持在最低水平，使输入功率达到最小值，从而达到最佳节能的目的。

3.3 突变负荷控制方法

当电动机轴上的负载急剧上升时，也会在很短的时间内将电压提高到所需的值，以保证轴有足够的功率输出，否则电动机会发生“堵转”现象。因此，控制器必须监测电动机定子电流的时刻，一旦电流变化超过预设的阈值，从而确定突变负荷，立即改变电动机的端子电压，确保电动机快速响应负载变化能力。

[1]基于超级电容储能的微网电能质量调节器研究[D].李鹏飞.兰州交通大学2016.

2017-07-06）