变频与软启动节能分析报告.doc

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1、 .变频及软启动节能分析摘 要：本文介绍了用电设备的能耗现状和构成，通过计算详细阐述了变频和软启动的节能原理。并列举变频器在风机和水泵控制中的节能优势和电机软启动有效抗击电网尖峰电压的过程。 关键词：变频器 软启动 节能 一、 引言 随着工业化脚步的加快，节能降耗的形式越来越严峻，一些能降低工业损耗的电子产品都涌现出来。变频器和软启动器的应用领域是越来越广，使用也是越发频繁。在电机和风机的控制中，变频调速和软启动节能效果非常明显。 二、 电力能耗分析 为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功

2、率的消耗，造成电能的浪费，在生产过程中，由于电机的负荷变化范围很大，必须实时调节风机水泵等的流量。目前调节流量的方式多为调节阀调节，这种调节方式仅仅是改变了通道的通流阻抗，而电动机的输出功率并没有多大改变，往往是电机在全速运行，调节阀通过节流来控制生产的需要，实际上是人为增加阻力办法达到调节目的，这种节流调节方法浪费大量电能。当风量减少风机转速下降时，其电动机输入功率迅速降低。例如风量下降到80%，转速n也下降到80%时，其轴功率则下降到额定功率51%;若风量下降到50%，轴功率将下降到额定功率13%，其节电潜力非常大。 在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7 倍的电机额定

3、电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短使用寿命，影响精确度。如使连轴器损坏、皮带撕裂等。造成机械传动部件的非正常磨损及冲击，加速老化，缩短寿命从而增加维护工作量。电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用软启动装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。电机启动时启动电流

4、可从0 电机额定电流逐步增加，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。 三、 变频节能分析 3.1变频器的工作原理 交流电动机的同步转速表达式位： n=60 f（1-s）/p 式（1） 式中 n异步电动机的转速; f异步电动机的频率; s电动机转差率; p电动机极对数。 由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 变频器的作用是通过改变电源的频率来改变电

5、机的转速，也就是通常所说的变频调速。变频器分为交直交、交交变频两大类。目前交直交变频使用比较广泛，它由顺变器、中间滤波环节、逆变器三部分组成。顺变器的作用是将定压定频的交流电变换为可调直流电，通过电压型或电流型滤波器为逆变器提供直流电源。逆变器将直流电源变为可调频率的交流电。顺变器和逆变器都是晶闸管三相桥式电路。滤波器由电容或电抗器组成，为逆变器提供稳定的电压源或电流源。 3.2变频器的节能方式 3.2.1变频节能： 为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏

6、高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。当电机转速从 N1 变到 N2时，其电机轴功率P的变化关系如下： P=CN3; 式（2） 式中：P主机发 N主机转速 C常数 当电机转速从N1减小到N2时，其功率也从P1减小到P2。功率的变化公式式（3） 由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。 如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所队当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40一5

7、0，从而达到节电的目的。 例如：一台离心泵电机功率为55千瓦，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电48.8%，当转速下降到原转速的l/2时，其耗电量为6.875千瓦，省电87.5%。 3.2.2动态调整节能： 随着电子技术的发展，变频器技术的成熟，变频器迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有 5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。 3.2.3通过变频自身的V/F功能节电： 在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。 3.3.4提高功率因数节能： 电动机由定子绕组和转子绕组通

8、过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。采用变频节能调速器后，由于其性能已变为：AC DC AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗. 四、软启动节能特性： 在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7 倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可从0 电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。软

9、启动控制器可以根据电动机功率因数的高低，自动判断电动机的负载率。当电动机处于空载或负载率很低时，可通过相位控制使晶闸管的导通角发生变化，从而改变输入电动机的功率，以达到节能的目的。软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使

10、用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。 4.1软启动控制模式： 4.1.1限流软起动控制模式：电机起动时，其输出电压从零迅速增加，直至输出电流达到设定的电流限幅值Im ，然后保证输出电流在不大于该值的情况下，电压逐渐升高，电动机逐渐加速，当电动机达到额定转速时，旁路接触器吸合，输出电流迅速下降至额定电流Ie以下，完成起动过程。如图1所示。 4.1.2电压斜坡起动控制模式 : 当电动机起动时，在电动机电流不超出额定值400%的范围内，软起动器的输出电压迅速上升到整定值U1，然后按设定的速率逐渐增加，电动机随电压的上升不断平稳加速，直至达到额定电压后，达到额定转速，旁路接触器吸合，起动过

11、程完成。一般而言，电压斜坡起动模式适用于对起动电流要求不严对起动平稳性要求较高的场所。输出特性曲线如图2所示。 4.1.3突跳+限流或突跳+电压起动模式：图3给出了突跳起动模式的输出变化波形，在某些重载场合下，由于机械静摩擦力的影响而不能起动时，可选用此种起动模式。在起动时，先对电动机施加一个较高的固定的电压并持续有限的一段时间，以克服电动机负载的静摩擦力使转动，然后按限制电流或电压斜坡的方式起动。在选用此模式前，应先用非突跳模式起动，若因静摩擦力太大不能转动，再选用此模式，否则应避免用此模式起动，以减少不必要的大电流冲击。 4.1.4 电流斜坡起动模式。图4为电流斜坡起动模式的输出电流波形，

12、其中I1为限流值，T1为设置的时间值。电流斜坡起动模式具有较强的加速能力，适用与两极电动机，也可在一定范围内缩短起动时间. 交流异步电机软起动及优化节能控制技术全面分析与研究目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机（包括380V/660V低压电动机和3KV/6KV中压电动机），有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态，白白地浪费掉大量的电能。究其原因，大致是由以下几种情况造成的： 由于大部分电机采用直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外，810倍的起动电流造成巨大的能量损耗。 在进行电动机容量选配时，往往片面追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机容量过大，造

13、成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率因数降低。 从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑，往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力，若用定速定压拖动，势必造成大量的额外电能损失。电动机的非经济运行情况，早已引起国家有关部门的重视，并分别于1990年和1995年制定和修定了一个强制性的国家标准：三相异步电动机经济运行（GB12497-1995）。希望依此来规范三相异步电动机的经济运行，国标的发布对低压电动机的经济运行起了很大的促进作用，但对中压电动机则收效甚微。其原因是：（1）中压电动机一般容量较大，一旦发生故障，其影响也大，因此对节电措施的可靠性的要求就更高；（

14、2）中压电动机节电措施受电力电子功率器件耐压水平的限制，节电产品的开发在技术上难度更大一些。到目前为上，国内尚无成型的中压电动机软起动和节电运行的产品面市。2 异步电动机的软起动由于工业生产机械的不断更新和发展，对电动机的起动性能提出了越来越高的要求，归纳起来有以下几个方面： 要求电动机有足够大的，并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线； 尽可能小的起动电流； 起动设备尽可能简单、经济、可靠，起动操作方便； 起动过程中的功率消耗应尽可能的少。根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况，通常采用的起动方式有两种：一种是在额定电压下的直接起动方式，另一种是降压起动方式。 2.1 直接起动的危

15、害直接起动是最简单的起动方式，起动时通过闸刀或接触器将电动机直接接到电网上。直接起动的优点是起动设备简单，起动速度快。但是直接起动的危害很大；电网冲击：过大的起动电流（空载起动电流可达额定电流的47倍，带载起动时可达810倍或更大），会造成电网电压下降，影响其他用电设备的正常运行，还可能使欠压保护动作，造成设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命。 机械冲击：过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损，导致击穿烧机；转轴扭曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。 对生产机械造成冲击：起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的

16、损伤，缩短使用寿命；影响传动精度，甚至影响正常的过程控制。所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁，同时也造成过大的起动能量损耗，尤其当频繁起停时更是如此。因此对电动机直接起动有以下限制条件：生产机械是否允许拖动电动机直接起动，这是先决条件；电动机的容量应不大于供电变压器容量的1015%；起动过程中的电压降U应不大于额定电压的15%。对于中、大功率的电动机一般都不允许直接起动，而要求采用一定的起动设备，方可完成正常的起动工作。2.2 老式降压起动方式的适用场合及性能比较： 降压起动的目的是减小起动电流，但它同时也使起动转矩下降了。对于重载起动，带有大的峰值负载的生产机械，就不能用这种方式起动。传

17、统的降压起动有以下几种方法：（1）星形/三角形转换器：这种方法适用于正常运行时定子绕组采用接法的电动机。定子有六个接头引出，接到转换开关上，起动时采用星形接法，起动完毕后再切换成接法。起动电压为220V，运行电压为380V。这种起动设备的优点是起动设备简单，起动过程中消耗能量少。缺点是有二次电流冲击，设备故障率高，需要经常维护，所以不宜使用在频繁起动的设备上。在转换过程中，由于瞬变电势和电动机剩磁产生的电势往往与电源电压有相位差，严重时会产生电压相加，引起过大的冲击电流和电磁转矩，因此大大地限制了它的使用。由于起动电压为运行电压的 ，故其起动转矩为额定转矩的1/3，只能用在空载或轻载（负载率小

18、于1/3）起动的设备。在电动机轻载或空载运行时，也可利用该起动设备作降压运行，以提高电动机的功率因数和效率。 （2）自耦变压器降压起动：三相自耦变压器（也称补偿器）高压边接电网，低压边接电动机，一般有几个分接头，可选择不同的电压比，相对于不同起动转矩的负载。在电动机起动后再将其切除。其优点是起动电压可以选择，如0.65、0.8或0.9UN，以适应不同负载的要求。缺点是体积大，重量重，且要消耗较多有色金属，故障率高，维修费用高。 (3) 磁控软起动器：磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理，在电动机起动过程中电压可由一个较低的值平滑地上升到全压，使电动机轴上的转矩匀速增加，起动特性变软，并可实现软

19、停车。但其起控电压在200V左右，用户不可调整，会有较大的电流冲击，且体积较大。 (4) 对于高压电机，可在定子线路中串联电抗器或水电阻实现降压起动，待起动完成后再将其切除。但电抗器成本高，水电阻损耗又大。 (5) 对于绕线式异步电动机，可在转子绕组串接频敏变阻器或水电阻实现起动，待起动完成后再将其切除。但频敏变阻器成本高，而水电阻损耗又大。其他还有延边三角形起动，定子串电阻起动等方法。 值得指出的是：尽管各种老式降压起动方法各有其优缺点，但它们有一个共同的优点：就是没有谐波污染。 2.3 新型的电子式软起动器随着电力电子技术和微机控制技术的发展，国内外相继开发出一系列电子式起动控制设备，用于

20、异步电动机的起动控制，以取代传统的降压起动设备。新型的电子式软起动器的主回路一般都采用晶闸管调压电路，调压电路由六只晶闸管两两反向并联组成，串接于电动机的三相供电线路上。当起动器的微机控制系统接到起动指令后，便进行有关的计算，输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的异通角,使起动器按所设计的模式调节输出电压,以控制电动机的起动过程。当起动过程完成后，一般起动器将旁路接触器吸合，短路掉所有的晶闸管，使电动机直接投入电网运行，以避免不必要的电能损耗。所谓“软起动”，实际上就是按照预先设定的控制模式进行的降压起动过程。目前的软起动器一般有以下几种起动方式：(1) 限流软起动：限流起动顾名思义就是在电动

21、机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值（Im）的软起动方式。主要用在轻载起动的负载的降压起动，其输出电压从零开始迅速增长，直到其输出电流达到预先设定的电流限值Im，然后在保持输出电流IIM的条件下逐渐升高电压，直到额定电压，使电动机转速逐渐升高，直到额定转速。这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整，（起动电流的限值Im必须根据电动机的起动转矩来设定，Im设置过小，将会使起动失败或烧毁电机。）对电网电压影响小。其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间，损失起动转矩，起 动时间相对较长。(2) 电压钭坡起动：输出电压由小到大钭坡线性上升，将传统的降压起动变有级为无级，主

22、要用在重载起动。它的缺点是起动转矩小，且转矩特性呈抛物线型上升对起动不利，且起动时间长，对电机不利。改进的方法是采用双钭坡起动：输出电压先迅速升至U1，U1为电动机起动所需的最小转矩所对应的电压值，然后按设定的速率逐渐升压，直至达到额定电压。初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。这种起动方式的特点是起动电流相对较大，但起动时间相对较短，适用于重载起动的电机。(3) 转矩控制起动：主要用在重载起动，它是按电动机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压，它的优点是起动平滑、柔性好，对拖动系统有利，同时减少对电网的冲击，是最优的重载起动方式。它的缺点是起动时间较长。(4) 转矩加突跳控制起动与转矩控制

23、起动一样也是用在重载起动的场合。所不同的是在起动的瞬间用突跳转矩，克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升，可缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，使用时应特别注意。(5) 电压控制起动是用在轻载起动的场合，在保证起动压降的前提下使电动机获得最大的起动转矩，尽可能地 缩短起动时间，是最优的轻载软起动方式。 停车方式有三种：一是自由停车，二是软停车，三是制动停车。软起动器带来的最大好处是软停车和制动 停车，软停车消除了拖动系统的反惯性冲击，对于水泵 就是“水锤”效应；制动停车则在一定场合代替了反接 制动停车功能。 2.4 软起动器与传统降压起动器的比较软起动器与传统降压起动器的

24、性能。2.5 软起动器的适用场合 (1) 生产设备精密，不允许起动冲击，否则会造成生产设备和产品不良后果的场合； (2) 电动机功率较大，若直接起动，要求主变压器容量加大的场合； (3) 对电网电压波动要求严格，对压降要求10% UN的供电系统； (4) 对起动转矩要求不高，可进行空载或轻载起动的设备。严格地讲，起动转矩应当小于额定转矩50%的拖动系统，才适合使用软起动器解决起动冲击问题。对于需重载或满载起动的设备，若采用软起动器起动，不但达不到减小起动电流的目的，反而会要求增加软起动器晶闸管的容量，增加成本；若操作不当，还有可能烧毁晶闸管。此时只能采用变频软起动。因为软起动器调压不调频，转差

25、功率始终存在，难免过大的起动电流；而变频器采用调频调压方式，可实现无过流软起动，且可提供1.22倍额定转矩的起动转矩，特别适用于重载起动的设备。但是变频器的价格就要比软起动器的价格高得多了。3 异步电动机经济运行和优化节电控制技术3.1 异步电动机降压节电技术概述 对于满载或重载运行的电动机，降低其端电压将会造成严重后果，随着端电压的降低，电动机的磁通和电动势随之减小，铁耗无疑将下降。但与此同时，随电压平方变化的电动机转矩也迅速下降而小于负载转矩，电动机只能依靠增大转差率，提高电磁转矩以达到与负载转矩相平衡的状态。转差率的增大，引起转子电流增大，同时引起定子和转子电压间的相角增大，导致定子电流

26、增大，从而使定子和转子铜耗增加值大大超过铁耗的下降值，这时电动机绕组温升将会增高，效率将会下降，甚至发生电动机烧毁事故。因而，一般规程都规定了电动机正常运行时电压变化范围不得超过额定电压的95%110%。然而对于轻载运行的电动机，情况就截然不同，使供电电压适当降低，在经济上是有利的。这是因为在轻载运行时，电动机的实际转差率大大小于额定值，转子电流并不大，在降压运行时，转子电流增加的数值有限。而另一方面，却由于电压的降低，使空载电流和铁损大幅减少。在这种情况下，电动机的总损耗就可降低，定子温升，运行效率和功率因数同时得到改善。由此可见，电动机的运行经济性与电动机负载率同运行电压是否合理匹配关系极

27、大。理论分析表明电动机的力能指标（运行效率与功率因数）与其端电压之间存在如下的数量关系2：（1）（2）SN和S电动机额定工况和降压运行的转差率；和 电动机额定工况和降压运行的功率因数；N和电动机额定工况和降压运行的效率；KU电动机的调压系数，KU=U/UN；UN和U电动机额定电压和降压运行时的实际电压；K1电动机的空载电流系数，K1=Io/IN；IN和Io一电动机的额定电流和空载电流。从式（2）不难看出：并不是所有的降压行为都能达到节电的目的，只有当电压降低程度大于转差率及功率因数上升程度时，才能使运行效率提高。实际上，电动机效率随电压降低而变化的关系呈马鞍形曲线，对应于每一个输出功率（或负载

28、系数），必然存在一个最佳调压系数Kum，当Ku=Kum时，电动机的损耗最低，效率最高。Kum称为电动机的最佳电压调节系数。不同负载下最佳电压调节系数Kum可按电动机的负载系数由下式确定1：（3）式中： 电动机额定负载时的有功损耗（kW）；Po电动机的空载损耗（kW）；K计算系数，K=（Po-Pfw）/PN；Pfw电动机的机械损耗（kW）；电动机的负载系数，=P2/PN100%P2电动机的输出功率；PN电动机的额定功率。文献1给出了轻载电动机采用降压节电措施后，节约电能的计算公式为：节约的有功功率 （4）节约的无功功率：（5）节约的电能：（6）式中：QN电动机带额定负载时的无功功率（Kvar）；

29、Qo电动机的空载无功功率（Kvar）；KQ无功经济当量，当电动机直连电机母线KQ=0.020.04，二次变压取KQ=0.050.07，三次变压取KQ=0.080.10；Tec电动机年运行时间（h）。3.2 优化节电的控制依据 (1) 功率因数（ ）控制法：最早出现的异步电机优化节电器为La 功率因数控制器,其原理是通过检测电动机运行中的 值，与预先设定的基准值比较，当实际值低于设定值时，说明电动机为轻载，通过降低电动机的端电压来提高 ，直到实际的 测量值达到设定值为止，实现了节电； 数值高表明是重载，则升高电机端电压，以保证轴上的输出功率。这是一种间接节电法：控制对象是电动机的功率因数，而目的

30、是节电。由于交流异步电机的最佳功率因数在全工作范围内呈曲线变化；不同制造厂生产的同一规格的异步电机的功率因数呈一定的离散性；同一台电机在其新旧寿命期，在同一工况下的功率因数也呈现一定的离散性，这就给设计和调整带来一定的困难。故这种方法是不能达到最佳节电效果的，并且理论与实践都已证明，过高的功率因数值对于异步电机来说，并不节电。（2）最小输入功率法： 交流异步电机工作时，从电网输入的电功率P1，一部分转换成电机轴上的机械功率P2输出，另一部分则是自身的损耗PS，包括铁耗与铜耗两部分。共中铁耗与输入电压的平方成正比，而铜耗则与其电流的平方成正比，只有在铜耗等于铁耗时，电机的效率最高，损耗PS最小。

31、最小输入功率法的原理就是在电机工作的任一负载点上，在保证轴上机械功率输出的前提下，通过降低电机的端电压而减小电机自身的损耗，从而达到节能的目的。虽然降压可以降低铁耗，而当电压降到一定程度之后，若继续下降，则电流又要增加，因而又增加了铜耗。通过微机自动寻优，让铁耗和铜耗都维持在最低的水平，也即电压与电流的乘积输入的电功率达到最小值，实现最优节电目的。（3）突加负载控制 当电动机轴上的负载急剧上升时，又要能在极短的时间内（100ms）将电压提升到额定值，保证轴上有足够的功率输出，否则电机就会发生堵转现象。所以微处理器在进行输入功率优化控制的同时，又监视负载功率的变化率，一旦负载功率的变化率超过预先

32、设定的阈值时，即判定为突加负载，立即提升电机端电压，保证电机对负载变化的快速响应能力。 3.3 优化节电的适用对象 对于电机转速无严格要求，及不需要调速运行的场合，特别是对于经常大幅度变动的负载，或者长时间处于轻载或空载的电动机，例如轧钢机、锻压机、抽油机等负载，使用优化节电技术，可以收到明显的节电效果。其节电量视电动机的负载系数及轻载运行的时间长短而定。 3.4 降压起动优化节电计算实例 为一台轻载运行的Y160010/1730型6000V电动机配置一套优化控制系统，着重计算其起动性能参数和节电效果。 Y160010/1730型电动机的原始数据：额定功率PN=1600kW，额定电压UN=6.

33、0kV，额定电流IN=185A，额定转速nN=595r/min；最大转矩倍数=最大转矩/额定转矩=2.22，起动电流倍数=堵转电流/额定电流=5.53，起动转矩倍数=堵转转矩/额定转矩=0.824，额定效率N=94.49%，额定功率因数 。电动机额定负载时的有功损耗PN=93.3kW，电动机的空载损耗Po=29.6kW，电动机的空载电流Io=46.25A，电动机带额定负载时的无功功率QN=918Kvar，电动机的空载无功功率Qo=480.6Kvar。(1) 轻载运行降压节电效果计算（1）不同负载系数下，电动机的最佳调压系数Kum的计算按式（3）进行，计算结果示于表2。（2）当U=UN时，不同负

34、载系数下，电动机的综合功率损耗Pc的计算按（7）式进行1 ，计算结果示于表2（7）（3）按最佳电压调节系数进行调压后节省的电量计算按式（4）、式（5）和式（6）进行，计算结果示于表2。表2 按最佳调压系数进行降压后节省的电量计算值电动机负载系数B0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 最佳电压调节系数Kum0.374 0.53 0.647 0.747 0.836 0.916 节省的有功功率P（KW）24.217.0 11.0 6.4 3.0 0.86 节省的无功功率Q（Kvar）386.5300.8 224.8 157.0 97.6 47.2 节省的综合有功功率P+KqQ（Kvar）4

35、7.435.05 24.5 15.8 8.86 3.7 U=UN时电机综合功率损耗PC（KW）59.3462.04 66.53 72.83 80.93 90.82 节电率（%）79%56.4% 36.8% 21.7% 11% 4% (2) 降压起动时电动机起动特性估算由电动机的原始数据得知，电动机直接起动时，起动参数如下：起动电流IK=5.53IN，起动转矩Mk=0.824MN。 采用降压起动时，调压系数Ku的确定： （8）式中：Un电动机电压，V； UN电动机额定电压，UN=6.0KV MN生产机械要求的最小起动转矩，当采用轻载起动方式时，MN0.2MN。 代入有关数据，得 。 采用降压起动

36、时，起动参数计算 起动电流In=KUIK=2.72IN起动电压Un=KUUN=0.493UN=2960V起动转矩 降压起动的节电效果计算直接起动时从电网吸收的无功功率计算1（9）代入相关数据，得降压起动时从电网吸收的无功功率计算1（10）代入相关数据，得 节约的无功功率 &nbs 电网传输Q所消耗的有功功率 Pn=KQQn=0.068052.1=483.1kW 降压起动的无功节电率 4 异步电动机的调压调速异步电动机的调压调速属低效调速方式，因为在调速过程中始终存在转差损耗，因此调压调速有很大的限制，不是任何一台普通的笼型电机加上一套晶闸管调压装置，就可以实现调压调速的。 首先必须改变电动机的

37、外特性，新的外特性必须使电动机有一个宽广的稳定的调速范围。一般要采用高转差率电机，交流力矩电机或在绕线式电机的转子绕组中串接电阻的方法，并且要加上转速闭环控制，才能进行稳定的调速。 其次是要将调速过程中由于转差功率引起的转子的温升很好地导出机外，才能实现长期稳定工作。这里可采取旋转热管结构，也可采取特殊风道冷却结构，都是行之有效的方法。 在电力电子技术高度发展的今天，变频调速装置的价格已不再昂贵的情况下，再考虑调压调速，似乎已无多大的现实意义了。5 智能马达优化控制器（IMOC系列）在对交流异步电动机的软起动和优化节电技术的长期深入研究的基础上，研制成功了智能马达优化控制器（IMOC系列），适

38、配电机功率从5.5KW-110KW。 该控制器采用了16位马达控制专用单片微处理器Intel 80C 196MC，具有完善的检测控制功能；主功率器件则采用具有世界高技术水平的专利产品集成移相调控晶闸管模块，该模块突破以往晶闸管模块的概念，将复杂的移相控制电路与晶闸管管芯创造性地集成为一体，组成一个完整的电力移相调控的开环系统。用它组成的控制器，不但使体积大大缩小，而且增加了设备的可靠性和抗干扰的能力。 在技术上更是集众家之长，并大大突破国内外同类产品的功能，除了起动保护，优化节电外，还增加了风机，水泵类负载的调速功能；抽油机间歇工作节电功能，无功功率就地补偿功能。尤其是完善的保护功能：有过电流

39、、过电压、过负载、短路、接地、缺相、相间不平衡及功率模块超温和电机超温保护等功能。是电机安全经济运行的保护神。该控制器具有以下功能特点： （1）16位微电脑智能化控制，键盘设定，数码显示，操作简单直观。 （2）软起动，软停车功能，有效减小起动冲击。 （3）优化马达运行方式，节电、改善功率因数。 （4）风机、水泵类负载的调压调速闭环控制功能。 （5）具有泵控制功能，可避免或减小液流喘振和“水锤”效应。 （6）具有相平衡和电源电压自动补偿功能。 （7）具有完善的保护、报警功能。 （8）起动方式、起动电压、起动电流、额定电流及负载类型等参数均可设定。 （9）具有远方控制及联网通讯功能。 （10）自诊

40、断功能。 经过在不同工业现场的长期使用，取得了可观的经济效益。 6 结 论（1）电子式软起动器结构简单，较之传统的/Y起动器，自耦变压器起动器具有无触点、无噪音、重量轻、体积小，起动电流及起动时间可控制，起动过程平滑等优点，并且维护工作量小。当电动机空载或轻载时，节能效果显著，特别适用于短时满载，长时间空载的负载。 （2）对于高转差电机，实心转子电机，力矩电机等，尤其是在带风机、水泵类负载时，有较好的调速性能，但不适用于普通的笼型电机调速。 （3）采用智能控制器，具有完善的电机保护功能，保护整定值设置方便，保护性能可靠。 （4）其最大缺点是由于采用晶闸管移相控制，故对电网及电机均存在谐波干扰。

41、交流异步电机软起动及优化节能控制技术全面分析与研究摘 要：本文对交流异步电动机的软起动和优化节能运行问题作了全面的分析和研究，提出了异步电动机起动和运行的综合控制方案。并研制成功了智能马达优化控制器（IMOC）。关键词：异步电动机 软起动 节能运行 智能马达优化控制器。 1 前 言目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机（包括380V/660V低压电动机和3KV/6KV中压电动机），有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态，白白地浪费掉大量的电能。究其原因，大致是由以下几种情况造成的：由于大部分电机采用直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外，810倍的起动电流造

42、成巨大的能量损耗。 在进行电动机容量选配时，往往片面追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机容量过大，造成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率因数降低。 从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑，往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力，若用定速定压拖动，势必造成大量的额外电能损失。电动机的非经济运行情况，早已引起国家有关部门的重视，并分别于1990年和1995年制定和修定了一个强制性的国家标准：三相异步电动机经济运行（GB12497-1995）。希望依此来规范三相异步电动机的经济运行，国标的发布对低压电动机的经济运行起了很大的促进作用，但对中压电动机则收效甚微

43、。其原因是：（1）中压电动机一般容量较大，一旦发生故障，其影响也大，因此对节电措施的可靠性的要求就更高；（2）中压电动机节电措施受电力电子功率器件耐压水平的限制，节电产品的开发在技术上难度更大一些。到目前为上，国内尚无成型的中压电动机软起动和节电运行的产品面市。2 异步电动机的软起动由于工业生产机械的不断更新和发展，对电动机的起动性能提出了越来越高的要求，归纳起来有以下几个方面： 要求电动机有足够大的，并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线； 尽可能小的起动电流； 起动设备尽可能简单、经济、可靠，起动操作方便； 起动过程中的功率消耗应尽可能的少。根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况

44、，通常采用的起动方式有两种：一种是在额定电压下的直接起动方式，另一种是降压起动方式。 2.1 直接起动的危害直接起动是最简单的起动方式，起动时通过闸刀或接触器将电动机直接接到电网上。直接起动的优点是起动设备简单，起动速度快。但是直接起动的危害很大；电网冲击：过大的起动电流（空载起动电流可达额定电流的47倍，带载起动时可达810倍或更大），会造成电网电压下降，影响其他用电设备的正常运行，还可能使欠压保护动作，造成设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命。 机械冲击：过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损，导致击穿烧机；转轴扭

45、曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。 对生产机械造成冲击：起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损伤，缩短使用寿命；影响传动精度，甚至影响正常的过程控制。 所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁，同时也造成过大的起动能量损耗，尤其当频繁起停时更是如此。因此对电动机直接起动有以下限制条件：生产机械是否允许拖动电动机直接起动，这是先决条件；电动机的容量应不大于供电变压器容量的1015%；起动过程中的电压降U应不大于额定电压的15%。对于中、大功率的电动机一般都不允许直接起动，而要求采用一定的起动设备，方可完成正常的起动工作。2.2 老式降压起动方式的适用场合及性能比较： 降压起动的目的是减小起动电流，但它同时也使起动转矩下降了。对于重载起动，带有大的峰值负载的生产机械，就不能用这种方式起动。传统的降压起动有以下几种方法：（1）星形/三角形转换器：这种方法适用于正常运行时定子绕组采用接法的电动机。定子有六个接头引出，接到转换开关上，起动时采用星形接法，起动完