静止式智能动态进相补偿技术的节能应用

静止式智能动态进相补偿技术的节能应用

艾文豪

中国铝业广西分公司广西平果531400

摘要：通过新旧补偿技术的介绍，总结大型电动机中应用的经验，客观地分析其新旧性能区别及故障、维护情况，评价新旧技术的优缺点，以求后来者应用得更好，真正提高交流电动机的功率因数和效率。

关键词：动态进相新技术节能应用

一、前言

大中型绕线式三相异步电动机，由于其具有良好的转矩特性，在许多诸如：水泥、冶金、轧钢、造纸、制药、化工、矿山等行业的应用，是其他电动机目前所无法替代的。大多数工矿企业的拖动设备广泛采用交流异步电动机,而交流电动机作为感性负载,其功率因数均比较低(在0.85以下),运行过程中交流电动机的无功功率损耗较大,实际运行电流较高,导致生产效率降低通过对大中型绕线式三相异步电动机功率因数。

这些场合往往使用的电动机功率都比较大，其功率因数的情况对电机的温升、无功损耗、电网供电质量，都有明显的影响。提高其运行的功率因数，具有显著的经济效益。

二、绕线式三相异步电动机进相补偿功率因数原理

我们从绕线式电动机基本方程式：

定子每相1＝－1＋1r1＋j1x1

1＝－（rm＋jxm）

转子每相2＝2（r2/s＋jsx2）

转子折算到定子1＝2/＝2/（r2//s＋jx2/）

激磁电流＝1＋2/

r2/＝kiker2

x2/＝kikex2

2/＝ke2

其中，ki——电流变比

Ke——电压变比。

可以知道其各向量关系如图一所示。

由于电动机绕组属于大感性负载，造成定子的电压1与电流1的波形相位角相差一个角度θ2，即电流电流1滞后于一个相位角度θ2，使得流入定子绕组的电源功率因数降低。如果大中型电动机的功率因数下降太低了，必须进相功率因数补偿。否则，电机的温升、无功损耗、电网供电质量，都将难以忍受的。

要想改善流经电动机定子绕组的功率因数，必须减小电压1与电流1的波形相位角差θ2。

一种办法是在定子侧并联与定子绕组感性相匹配的电容器补偿，使电网电源进入定子绕组前，先让定子电流1超前于定子电压1一个小相位角度。当电源进入定子绕组后定子电流1滞后于定子电压1一个相位角，而稳定在定子电流1滞后于定子电压1一个较小的相位角差状态下运行，达到提高功率因数目的。

而进相技术却是在绕线式电动机正常运行后，从转子滑环加入一个附加电势2f，与转子绕组感应电动势1共同作用，改变转子电流2//的大小和方向，此时折算到定子侧的转子电流＝减小。由于电动机正常运行时负载转矩恒定，主磁通是固定的，励磁电流也是常数，由公式：

＝＋（－），得＝＋。由于＜，所以也减小了。当的相角改变时，的相角也跟着改变。从图一也可以看出，流经定子绕组的电流1的大小、方向也会随着改变，使得电压1与电流1的波形相位角差θ2变小，从而提高功率因数cosθ2。减小了的大小，也节能了。

三、自激式进相机补偿技术

自激式进相机补偿技术，就是给正常运行中的绕线式电动机的转子，接入一台直流发电机，给转子加入一个附加电势2f的进相补偿设备。其附加电势2f是由相当于一台发电机给出的电压，基本恒定的。因此，其功率因数cos的补偿前后关系特性如图二所示。

根据绕线式电动机负荷波动系数而选定进相机的输出量附加电势2f大小，原则是尽量避免过补偿或cosθ1=1的补偿谐振现象出现。当附加电势2f大小基本恒定时，cosθ1补偿量

补偿量也基本是常数不变。因此，补偿后的功率因数cosθ1后只是将补偿前的功率因数cosθ1前幅值提高以实现绕线式电动机的功率因数的，其补偿效果不是很理想。

四、静止式智能动态进相补偿新技术

静止式智能动态进相补偿技术是一种由交变交变频和微机控制技术相结合的进相补偿技术的应用，用这种进相补偿设备代替自激式进相机。根据绕线式电动机负荷波动情况，及转子回路中的电枢反应所产生的感应电动势、电流及其相位角θ2、频率变化特性，通过中央控制板设计建立的数学模型，自动地调整变交变频进相补偿器的输出附加电势2f，使附加电势2f大小、相角都能随着转子的电枢反应所产生的感应电动势、电流及其相位角θ2、频率的变化而变化，保持一致，实现智能化动态调整进相补偿量。其动态进相补偿效果如图三所示。这样的补偿效果就相当理想。

静止式智能动态进相补偿器，其应用原理与自激式进相机的接线大同小异，都是给绕线式电动机的转子加入附加电势2f，因此它们都是从转子滑环接入进相补偿的输出电压。其应用原理如图四所示。

当电机启动完成后KM1吸合短接启动电阻，电机运行稳定后，吸合KM2投入进相补偿器，实现智能动态进相补偿。

五、应用节能效果分析

我厂球磨机的驱动电机，10KV高压绕线式三相异步电动机，型号为YR1800－8/1730.1800KW，设计时功率因数补偿方式采用自激式进相机，211年后引入静止式智能动态进相补偿新技术产品进行改造，替代自激式进相机。

对改造后的投入补偿器前后电机的定子电压、电流、功率因数及定子绕组温升变化情况做了统计，如下表所示。

我们从有功功率P、无功功率Q和视在功率S之间P＝S×cosθ1＝U1I1cosθ1和S2＝P2＋Q2的关系可以知道，当负载不变时有功功率P不变，由于表中视在功率S＝变小了，所以无功功率Q＝变小了，即节约了无功功率Q的损耗。从表中可以看出，无功损耗减小的幅度相当可观，每年节约无功电能约KVarh，节能效果很明显。而且电机绕组温升下降也相当明显约5℃左右，这对广西年平均气温较高的地区来讲，能降低降低这么多的温升，对改善电机运行状态相当有利。同时应用操作也很简单，这对于推广应用相当便利。

六、存在不足

2011年后改造至今，间断的投入使用，但是发生引进的产品本身质量存在一定缺陷，发现故障率较高，影响了生产，后来陆续很少投用，主要情况有：

1、控制中心的主控板、电源板、触发板及可控硅极易损坏，造成维护及备件费用过高，投用率相对就下降了。

2、容易出现环流故障，极易造成主回路的可控硅损坏面扩大。

3、检测、自诊断和保护功能不够完善。如某个元器件损坏后，应能检测出并显示故障情况，同时保护应该起作用，不能再让其投入，以避免故障扩大。

这些都是今后应该改进的问题。

七、结论

加强设备元件和控制板开发和制造工艺，从设备性能和质量把关，将静止式智能动态进相补偿技术的产品制造工艺改善，设备从设计上入手，元件选性能可靠、持久耐压，相信生产出的产品是好用的，会更将全面推广这项技术的应用。

从技术层面来讲，对于大中型绕线式三相异步电动机的用户，静止式智能动态进相补偿技术的出现，无疑是个福音。它对节约无功功率损耗及降低电动机运行温升，效果都是相当显著的，相信被广泛推广的前景是光明的。

参考文献

1、《电机学》——中国电力出版社胡虔文胡敏强编著2007年8月

2、《工厂供电》——中国科学技术出版社徐树德编著2009年3月

3、《SPM禁止式智能进相机说明书》——襄樊大力工业控制有限公司2010年1月