摘 要：電動(dòng)機(jī)在輕載或空載狀態(tài)下的工作效率較低，利用微處理器控制技術(shù)，改變電機(jī)的相位角來實(shí)現(xiàn)負(fù)載追蹤控制，提高電動(dòng)機(jī)在輕載或空載狀態(tài)下的工作效率。

關(guān)鍵詞：負(fù)載轉(zhuǎn)矩；相位角；功率因數(shù)；節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.047

0 引言

在輕載或空載的狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)有著極低的工作效率。由于工作狀態(tài)的連續(xù)性，使得磁場的產(chǎn)生需要消耗一定的能量。對供給電動(dòng)機(jī)而言，恒定不變的端電壓所產(chǎn)生的磁通也不變。處于額定的轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，磁場所消耗的能量保持不變，負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩不會對其產(chǎn)生任何影響，支持負(fù)載轉(zhuǎn)矩的能量大小取決于電磁轉(zhuǎn)矩的大小。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加會有所下降，但并非很明顯，感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流會隨著轉(zhuǎn)速率提高而上升，從而電磁轉(zhuǎn)矩增加，反之亦然。在端電壓保持穩(wěn)定的情況下，定子所提供的磁場電流無論是處于任何負(fù)載轉(zhuǎn)矩條件下，都是保持不變的。最終會使得感應(yīng)電機(jī)的效率伴隨著負(fù)載的減少而降低。

在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下，一般都會選擇比驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載時(shí)要高的標(biāo)準(zhǔn)需求。由此，所選擇的電機(jī)一定要超出該標(biāo)準(zhǔn)。在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)下的電壓狀態(tài)下，即使?jié)M負(fù)荷運(yùn)行仍然會有節(jié)點(diǎn)空間。而且，一些應(yīng)用負(fù)荷本身就是不斷變化的。對所選擇的電機(jī)必須要符合最大負(fù)荷時(shí)的需求條件，雖然最大的負(fù)荷只是間斷性的出現(xiàn)。因?yàn)殡姍C(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和供電電壓的平方呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，降低端電壓必然會使得轉(zhuǎn)矩減少。而降低電壓意味著電機(jī)的額定輸出功率也相應(yīng)的減少，即所需的磁場能量也會減少。

1 可行性分析

負(fù)載追蹤節(jié)能技術(shù)主要是運(yùn)用微處理器的智能化控制，其主要是在空載、部分負(fù)載的狀態(tài)下，使得電機(jī)效率保持不變。不需要人工調(diào)節(jié)過程。處于輕負(fù)載狀況下，電機(jī)的電壓會自動(dòng)調(diào)節(jié)到最低需求，由于轉(zhuǎn)速是保持一定數(shù)值不變，這樣有效降低了一些不必要的損耗。（如圖1）。在負(fù)載增加的情況下，電壓會出現(xiàn)自動(dòng)上升的情況，從而防止電機(jī)失速。

負(fù)載追蹤節(jié)能技術(shù)其運(yùn)行原理是利用閉環(huán)反饋系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)全過程的控制，通過感應(yīng)電路對電流的波形及電機(jī)的電壓作比較。由于感應(yīng)電路過程存在時(shí)間差，從而在比較中，負(fù)載越輕，會使得電流的波形滯后性越大。而電流與電壓滯后關(guān)系具體如圖2，通過電機(jī)相位角的變化，負(fù)載追蹤技術(shù)來實(shí)現(xiàn)全過程有效控制。

電壓V與電流I都是以向量的形式進(jìn)行表示如圖3，相位角主要是指兩者之間的夾角。功率因素（QPF）與電路的負(fù)荷性質(zhì)相關(guān)，主要對電壓——電流滯后的三角關(guān)系進(jìn)行量化。

微處理器主要對電壓和電流間的相位角進(jìn)行檢測，晶閘管中的觸發(fā)脈沖也會做出相應(yīng)的調(diào)整，而速度為每秒改變100次。該速度大大高于電機(jī)響應(yīng)的速度，對電機(jī)在任何負(fù)載工況下出現(xiàn)失速都有著抑制作用。在這種輕載狀態(tài)下，將多余的勵(lì)磁電流降低到與保持負(fù)荷的恒定規(guī)矩相匹配的數(shù)量，電機(jī)的功率因素和運(yùn)行效率就會有所提升。

根據(jù)不同的負(fù)荷條件，負(fù)載追蹤節(jié)能技術(shù)對電機(jī)中的電壓與電流間相位角進(jìn)行連續(xù)的檢測，負(fù)荷的變化會使得相位角發(fā)生一定的改變。電壓正半周和負(fù)半周中的一部分利用閘管半導(dǎo)體開關(guān)元件來進(jìn)行切削。圖4為所輸出的波形電壓電流。根據(jù)結(jié)果所示，降低供給電機(jī)中的均方根電壓，磁耗損會有所減少，有功耗損和無功耗損也都會相對應(yīng)減少。提高電機(jī)的功率因數(shù)，電機(jī)的定子電流得到降低，這與電流中的二次方成正比的供電線路損耗、電機(jī)繞組的銅損耗明顯降低，電機(jī)的鐵損下降，電機(jī)的效率大大提高。

2 技術(shù)的應(yīng)用

負(fù)載追蹤節(jié)能技術(shù)填補(bǔ)了節(jié)能行業(yè)普遍認(rèn)為變量泵注塑機(jī)沒有節(jié)能空間的空白，其獨(dú)特的控制程序使得變量泵注塑機(jī)存在20%以上的節(jié)能空間。實(shí)行智能化全自動(dòng)裝置節(jié)能，可以提高節(jié)能率，安全可靠性強(qiáng)；在節(jié)約能源的同時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速并不發(fā)生改變，也不會降低生產(chǎn)效率；提高功率因數(shù)，改善電網(wǎng)質(zhì)量；獲取高投資回報(bào)收益率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

在輕載負(fù)荷或是負(fù)荷變化較大的交流感應(yīng)電機(jī)中，該技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用，且具有節(jié)能、優(yōu)化控制功能。使“大馬拉小車”這種狀態(tài)下的電機(jī)自身浪費(fèi)問題得到解決，該技術(shù)適用于沖床、變量泵注塑機(jī)、磨機(jī)、擠型機(jī)、攪攪機(jī)、水冷柜機(jī)等其它工業(yè)機(jī)械。

3 結(jié)束語

負(fù)載追蹤節(jié)能技術(shù)可以將電動(dòng)機(jī)在輕載或空載狀態(tài)下的工作效率較低，利用微處理器控制，改變電機(jī)的相位角來實(shí)現(xiàn)負(fù)載追蹤控制，達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)在輕載或空載狀態(tài)下的工作效率，達(dá)到節(jié)能效果。

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作者簡介：謝廣興（1982-），男，主要從事節(jié)能設(shè)計(jì)及應(yīng)用工作。