交流异步电机起动及优化节能控制技术

交流异步电机起动及优化节能控制技术

作者：张帆

来源：《数字技术与应用》2011年第06期

摘要：本文对交流异步电动机的起动和优化节能运行问题作了简单的分析和研究，提出了异步电动机起动和运行的一些问题。 关键词：异步电动机 起动

中图分类号: TP27文献标识码：A文章编号：1007-9416（2011）06-0001-01 1、前言

目前在企业当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不节能的运行状态，大量的电能被消耗掉。这主要就是在电机节能问题上做得远远不够，本文就针对这一问题展开探讨。 2、异步电动机的起动 2.1 直接起动

电动机正常起动:Ts ≤l.1-1.2 TL。如果异步电动机轻载和空载起动，直接起动时的起动转矩够大，如果是重载起动例如TL= TN ，且要求起动过程快时，直接起动的起动转矩不够大。 2.2 降压起动

如果电源容量不够大，可采用降压起动。即起动时，降低加在电动机定子绕组电压，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压，可限制起动电流。

3、异步电动机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。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

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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：

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；

ηN和η—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β由下式确定[1]： 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）/ΣPN； Pfw—电动机的机械损耗（kW）； β—电动机的负载系数，β=P2/PN·100% 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

节约的无功功率： 节约的电能：（6）

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式中：QN—电动机带额定负载时的无功功率（Kvar）； 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=0.02~0.04，二次变压取KQ=0.05~0.07，三次变压取KQ=0.08~0.10； Tec—电动机年运行时间（h）。 3.2 优化节电的控制依据 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。 4、结语

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。 注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文