电动机轻载节电原理分析

王宏伟　佟佳庆

0.导言

在工矿业生产用电机械设备中，经常存在电动机长期“大马拉小车”和变载运行中的长期空载，造成了电能的有功和无功的严重损耗。为此近几年，市场上研制生产了各种节电装置，由于这些节电装置功能单一，保护功能少。且许多不能与电动机起动装置结合在一起，限制了其应用。JN-1高效节电器克服了上述缺陷，它集节电、恒流软起动、软停止、过载、缺相、过流、超温、欠压等保护功能于一体，采用无触点电子开关，取代了降压起动柜及接触器，降低了一次性投资和日常维护费用，使该产品具有其它节电装置无可比拟的优点。

1.电动机在轻（空）载时节电途径及原理分析

1.1节电原理分析

异步电动机转事等效电路图、转事向量图、异步电动机负载转矩：

M=CMфMI'2 （1）

转子铜损Ptg2=3I/2R2 （2）

定子电流Il=I0+（-I2） （3）

式中：I2-转子绕组相电阻、I0—励磁空载电流。Il一定子负载电流

电动机在轻（空）载时，静态转矩Mjt=m≈0，则转子电流I2及铜损Ptg2是很小的，且转差率趋近0，功率因数，则

式中：X2-转子静止时，转事绕组漏磁阻抗。

由（3）式知，在定子电流的两个分量（I0）和（I2）中，此时I0起主异作用。所以在电动机端电压Ul降低时，定子电流Il会随着I0减小而减小，即定子功率因数得以提高，同时减小，使铁芯损失减少，效率则会提高。

由上述分析可知：电动机在轻（空）载时，降低其端电压，会提高其效率，具有较好的节电效果。

1.2节电实例分析

一台电动机在额定负载时，其定事绕组为“△”形联接，在其轻（空）载时，改为“Y”形联接时，节电效果分析如下：

JO2—52—4三相异步电动机有关数据如下e=10kW，Ve=380v，Ne=1452转/分，rl=1.33/sh，xl=2.43/sh，r2=1.12/相，x2=4.4/相，x0=90/相，当Mfz=0.1Me时，设A、B相间电压。

（1）当定子绕组“△”接法时，我们取定子的A相绕组分析。额定负载时的转差率：机械特性曲线并非一条直线，但在曲线0-0.7ML的压间内，特性十分接近于直线，而我们分析的正是电动机处在0.7ML以下轻载时，所以可以将这段曲线直线化。由知：由，异步电动机等值电路可知：负载支路阻抗励磁支路阻抗。

①转子电流；②励磁电流；③定子电流；④定子线电流有效值；⑤定子功率因数；⑥定子输入功率；⑦效率。

（2）当定子线圈改为“Y”形接法时：①转子电流；②励磁电流；③定子电流；④定子功率因数；⑤定子输入功率；⑥效率。

由以上计算可知：电动机在Mfz=0.1Me时，定子绕组由“△”形改为“Y”联接后，由0.2996提高到0.634，效率由66.7%提高到79.7%。

如每天轻载20小时，每年按300个工作日，则每年节约电能A=（1.514-1.255）x20x300=1554度。

2.JN-1高效节电器节电原理及保护功能

2.1 JN-1节电原理

JN-1节电器以电动机的工作电流和电压作为取样对象，自动跟踪、监测电机负载的变化，动态调整电机的供电电压，使产生磁场的能量与转矩的需求精确匹配。在电动机轻（空）载情况下，将电机的端电压自动降奎最低需求，而电动机转速保持恒定，降低了有功和无功损耗，提高了功率因数，达到了节能的目的。

节电器通过自动跟踪检测电机运行电压和电流的相位，根据相位分析电机负载状态，自动调整电机运行电压，使电机磁通量有效配合电机负载转矩，有效降低电机无功损耗、有功损耗励磁损耗，提高电机工作效率，达蓟节能降耗目的。

三相异步电动机运行时，必须消耗一定能量的激磁功率，通常运行的电机，其工作电压变动很小，不管电机负载如何，激磁电流大小不变，这样电机在轻载和空载时，功率因数则很低，节电器通过改变电机定子线圈电压，激磁电流适应电机的负载，自动跟踪，自动调整，使电机始终保持较高的功率因数。

2.2 JN-1节电器的保护功能

其除具有节电功能外，还具有以下功能：（1）恒流软起动；起动电压在0～380v间，起动电流在（1-7）Ie之间，连续可调，设定后保持恒定，自动切换运行。（2）缺相保护（或三相严重不平衡）：当电机电压缺相或三相电流严重不平衡时，保护电路动作，自动切断电机电源，同时缺相指示灯亮，发出报警号，当故障排除后，方可重新启动。（3）过载保护：当电机工作电流超出额定值1.2-1.5倍时，（通过电位器设定），过载指示灯亮，同时通过延时电路（可设定5～45秒），使保护电路动作，自动关断晶闸管，达到保护电机的目的。（4）过热保护：当晶闸管工作温度超过规定值（一般设定在85℃以下）时，温度继电器动作，并关断晶闸管，实现双重保护。

3.JN-1节电器的调节

下面以llkW电动机的调节为例，简介节电器的调节过程，如电机功率发生变化，应对节电器作适当调节。

3.1起动调节

根据电机工作情况，顺时针方向缓慢调节主控板上电位器Rwl（即W253），使起动电流缓慢变化，电机加速至正常运转，左右调节，适当设定，使起动时间在10秒内为宜，在负载要求的范围内，应尽可能将起动电流调低。

3.2节电率调节

（1）逆时针方向缓慢调节主控板上电位器Rw2，当电流和电压均下降至某个数值后，便稍停片刻。稳定后记下这一数值作为设定电流电压值。（2）重新起动电机，顺时针方向调节电位器Rw3，使电压值略高于Rw2记所设定的参数值。

3.3响应速度调节（负载变化跟踪灵敏度）

顺时针方向缓慢调节Rw4，当电压升至全压（380v），立即反向调节1-2圈，便电流、电压均回至原设定数值并稳定运行。

4.结语

该装置节电效果显著，空载时，可将空载起动电流下降70%以上，使输入功率降低70%左右，空载运行功率降低47.6%，空载节电达50%以上，最高可达68%。特别是对那些经常处于低负载以及负载变化较频繁的电动机，平均节电率在（16-40）%，提高了功率因数，降低了电网线损及变压器的铜损，不失为一种较理想的电机节电、起动综合装置。