CN201467067U - 电机节能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机节能装置，其特征在于，包括整流器、斩波器和逆变器；所述的整流器、斩波器和逆变器依次串接，所述的整流器的输入端接三相电源，所述的逆变器的输出端接电机的电枢；所述的斩波器具有调速信号输入接口。在所述的三相电源和整流器之间还串接有软启动器。本装置通过应用整流、斩波和逆变的原理实现电机变频调速从而有效实现电机的节能。

Description

电机节能装置

技术领域

本实用新型属于电子技术与自动控制领域，涉及一种电机节能装置。

背景技术

水泵运行时，经常需要调节流量。传统的做法是通过改变阀门的开度来调节流量，随着阀门开度的关小，使水泵运行的效率降低。见图1，S1是额定运行水泵的扬程-流量特性，【扬程即水泵能够扬水的高度】，R1是阀门最大开度时的阻力特性，M1是额定运行点，对应的扬程为H1，流量为Q1，电动机的消耗功率正比于H Q的乘积：P1＝K H1Q1，K为比例系数，若用关小阀门以减小流量到Q2，此时，管网阻力特性是R2，水泵的运行点为M3，此时扬程反而增加了，电动机消耗功率略有减少：P2＝K H3 Q2，比例系数为K，若用降低转速，扬程-流量特性变为S2，而管网阻力特性仍为R1，水泵运行点变为M2，此时扬程降低很多，电动机消耗功率大为减少，为P3＝K H2 Q2，K为比例系数，从图1可以清楚看出，在同样的流量Q2时，降低转速时的扬程H2比关小阀门时的扬程H3小很多，因而电动机消耗功率大为减少。这就是水泵调速节能的简单原理。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的技术问题是提供一种电机节能装置，本装置通过应用整流、斩波和逆变的原理实现电机变频调速从而有效实现电机的节能。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种电机节能装置，其特征在于，包括整流器、斩波器和逆变器；所述的整流器、斩波器和逆变器依次串接，所述的整流器的输入端接三相电源，所述的逆变器的输出端接电机的电枢；所述的斩波器具有调速信号输入接口。

在所述的三相电源和整流器之间还串接有软启动器。

实用新型的有益效果：

水泵或风机节能多少取决于运行工况的峰值变化所决定，采用本实用新型的电机节能装置，平均最低节电率在41％以上，因此，本装置是一种投资少、见效快的节能调速装置。

离心式水泵(或风机)的出口压力随转速的二次方降低，此时电机的输出功率随转速的三次方降低，因此，采用调速方法具有很大的节能潜力。

绕线式电动机的转差功率为轴功率的30％左右，只要控制这部分功率就能完成电动机的调速，由于控制装置的容量小，无功和谐波问题容易解决；

绕线式电机转子电压是低压，这就给电力电子元件的工作创造了有利条件，在200KW-4000KW功率范围内，电机转子电流不太大，一般采用器件并联就能解决；

控制装置故障时，可以保证电动机继续全速运行是这种调速装置的一大特点，甚至还能保证电动机的软启动功能；

节能效率高，安全性与可靠性高，维护简单，价格低，投资少。

附图说明

图1为扬程-流量曲线；

图2为本实用新型实施例1的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图2所示，YRNT型电机节能系统是由液态软启动器，整流器，斩波器和逆变器组成的。此外，装置内还有旁路开关及输入滤波器，输出滤波器和功率因数电容补偿。YRNT型电机节能系统中整流器、斩波器、逆变器均采用模块结构，而且斩波器和逆变器都采用IGBT元件。下面对调速原理作简单分析。

转子电流经整流器整流后，变换成脉动直流电流后，再经过限流电抗器L送到斩波器，斩波器是由IGBT元件和二极管，电容器等组成的，其中IGBT作周期性导通和关断动作：当IGBT导通时，电动机转子电流被IGBT经由限流电抗器L短路(电抗器串联在整流器的输出端)，其回路电流随时间上升，此时电机的转速也趋向于上升。当IGBT关断时，储藏在电抗器中的能量使IGBT两端的电压升高并经过二极管使电容器充电。由于斩波器后边的阻抗较大，所以转子电流将随时间下降，此时电机的转速也趋向于下降。电容器上的能量加到由6只IGBT组成的有源逆变器，将电流重新变换成交流电并经过LC滤波器滤波后反馈到电动机定子的附加绕组。当IGBT不断地导通和关断时，设T1时期内IGBT关断，转子电流平均值为ICP1，由此确定了电动机的转速为N1。

当改变IGBT的关断时间为t2时，转子电流的平均值达到ICP2，电动机的对应转速为N2。将IGBT导通时间与导通关断周期时间的比用K来表示，并称K为占空比，可见当改变斩波器的占空比K时，可以改变通过斩波器回路的电流大小，从而改变了电动机的转速。

如果斩波器IGBT持续导通，则转子电流达到最大值(其大小决定于负载转矩的大小)，电机转速为最高；如果斩波器IGBT持续关断，转子电流被整流后全部加到逆变器并反馈到电动机附加绕组，这时电动机将具有最低的转速(最低的转速数值由转子绕组电压，反馈电压以及逆变器的逆变角等数据确定)；这种方法，一方面当改变斩波器输出电压时，改变了电动机的转速，另一方面，通过逆变器将电动机的转差能量反馈到电动机的反馈绕组，从而提高了机组的效率。

调速系统的转速表达式：n＝n0[1-K(U2/E20)cosβmin]式中

E20——转子开路电动势(相间)

U2——电动机反馈绕组电压(相间)

由式可见，只要改变占空比K的大小，即能改变电动机的转速。

YRNT型电机节能系统主要是由液态软启动，整流器，斩波器，逆变器组成的。此外，装置门上装有中文液晶触摸屏。

1.“本机/远方”操作选择功能

本装置具有“本机/远方”操作选择功能，使用者可以根据情况进行选择.“本机/远方”操作选择开关设在触摸屏的基本窗口.当此开关位置在“本机”操作时，可以在触摸屏上实现高压断路器的合闸和分闸、电动机转全速和转调速、以及电机转速的调整；当此开关位置在“远方”操作时，可以通过远方的无源触点(如DCS的输出接点)实现高压断路器的合闸和分闸、电动机转全速和转调速、以及电机转速的调整.为了便于查询，当操作人员改变选择时，将被记录下这个信息.

2.“手动/自动”控制选择功能

本装置具有“手动/自动”控制选择功能，使用者可以根据情况进行选择。为了便于查询，当操作人员改变选择时，将被记录下这个信息。“手动/自动”控制选择开关设在触摸屏的基本窗口。当此开关位置在“手动”位置时，可以在触摸屏上按压+/-按钮来调整斩波器的占空比，即改变电动机转速。当“手动/自动”开关指向“自动”位置时，可以从外部输入4-20mA电流来调整斩波器的占空比，即改变电动机转速。

3.联锁操作

(1)调速装置可以选择在机柜触摸屏上操作或中央控制室操作；(2)出口电动门开/关与装置启动/停止联锁；

4.自动调节压力(或流量)

(1)当选择装置自动调速运行时，装置接受4-20mA信号，该信号可以是手动给定，也可以是来自DCS系统的参数；

(2)当选择装置全速运行时，电动机转速为额定转速；

5.旁路运行

当调速装置内部发生故障时，装置自动转为全速运行并发出就地和远方报警信号；此后，可由人工操作将装置退出运行，电动机继续运行。这样，就可对装置进行维修。

调速方式：根据实际负载要求自动改变电机电流，降低电机转数，进行无级调速，调速系统可就地操作调速运行，也可以在DCS系统控制下运行，也可以直接转全速运行。软启动装置可独立单独连续启动。

调速范围：电机额定转数的0～100％和50％～100％，也可根据用户设计的调速范围要求无级调速，调速精度高。

软启动方式：特殊控制的液态软启动装置，启动电流小于1.5倍电机的额定电流。启动转矩大，启动平稳，实现平滑无级的连续启动，对电机、电网及厂变系统无冲击，电机启动到任意转数直接进入调速状态。

自动软旁路方式：特殊的控制方式，即使调速装置突然故障时，自动转为工频运行，保证电机正常运行，不停机、不停产，并使电机转速逐渐升到最高转速，过度时间约10-30秒可调，以满足风门，阀门调节器的响应，使电机在带负载下从原调速的转数基础上逐渐升到全速，转换无冲击，不会烧坏电机，使锅炉不会熄火。

斩波器与脉冲控制方式：独特的IGBT并联技术，IGBT是自关断、自恢复元件，由于IGBT的关断速度比SCR或IGCT高很多，自身关断保护能力及自恢复能力高度有效，能彻底切除电网波动或电机瞬时堵转时电流实变产生的冲击电流及电磁波干扰，等脉冲过后自恢复能力高度有效，具有特殊的抗干扰能力。保证斩波器工作绝对可靠。

逆变器及同步信号控制方式：采用IGBT组成的逆变器，同步信号发生故障时，逆变器绝对不会颠覆或过电流，IGBT是自关断、自恢复元件，自身关断保护及自恢复能力高度有效，能有效切除过电流故障，本系统逆变器采用双模块IGBT，当一路同步信号消失，能自动切换另一路备用模块，保证逆变器正常运行.

操作电源控制方式：调速装置具有三保一电源控制回路切换，当380V或220V控制电源丢失时，可自动切换到电机的附加绕组上供电，只要电机有电调速装置仍正常运行，也可以切换到用户的UPS直流电源供电，避免因控制失电而导致器件损坏，确保控制系统的可靠运行。

电源故障应对能力及旁路性能：在电机电源发生欠压、缺相、短路等故障时，斩波器不会失控故障，逆变器不会颠覆故障，电源电压波动0.5秒，装置不受影响。本装置故障时自动平滑过渡到电机全速运行，过渡时间10-30秒可调，保证风门及阀门调节器的响应。故障检修不影响电机全速运行。

调速装置保护与DCS系统控制方式：调速装置采用全数字DSP及可编程PLC为核心的控制技术实现电机转速控制，具有短路保护、斩波电路直通保护、辅助电路断电保护、过载保护、过电压保护、断电保护、过电流保护、超温保护、高压瞬时断电保护、失波保护、缺相保护、逆变保护等，给定速度快，调速精度高系统可靠，并和用户任何基础的DCS系统实现无缝接口，调速装置通过比较转速输出量：由4-20mA工业通用接口与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机、水泵自动调速运行。在用户现场DCS给定信号掉线时，调速装置提供报警的同时，可按原转数继续运行，维护机组的运行工况不变。

控制方式：采用进口液晶中文触摸屏，能正确测速显示电机参数，断路器合闸、分闸，转子电流电压，调速转全速，全速转调速，启动，停机，占空比大小，一次二次三次故障报警及恢复，1000次历史事件记录及打印，等等的显示及就地操作。也可与总控室DCS系统操作控制，实现远方显示操作，具有开环和闭环两种控制可选，可方便实现压力和流量闭环控制。

功率因数：调速装置功率因数不低于0.9滞后，保证电机运行功率因数不低于电机额定的功率因数。

谐波：系统谐波失真：小于4％。

Claims (2)

1.一种电机节能装置，其特征在于，包括整流器、斩波器和逆变器；所述的整流器、斩波器和逆变器依次串接，所述的整流器的输入端接三相电源，所述的逆变器的输出端接电机的电枢；所述的斩波器具有调速信号输入接口。

2.根据权利要求1所述的电机节能装置，其特征在于，在所述的三相电源和整流器之间还串接有软启动器。

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