電機智能節(jié)電器
一、概述
鼠籠交流電動機是電氣化的主要動力源，也是電網(wǎng)中主要的秏能設(shè)備，在供電電網(wǎng)中約有70％的電量是被電機所消耗，據(jù)統(tǒng)計，約有60％以上的電機是遠低于其設(shè)計負荷狀態(tài)下（額定負荷的60％以下）運行的。在此條件下，電機消費的電能中有相當(dāng)部分是以發(fā)熱、銅損、鐵損與振動等形式浪費掉了。
GOLEVAER電機智能節(jié)電器（以下簡稱GL-DJ）的設(shè)計原理是基于電力電子學(xué)，采用最新的集成芯片控制技術(shù)，通過監(jiān)控交流電機運行的電流和電壓的相位差來動態(tài)地調(diào)整供給電機的能量，使電機始終在最佳效率狀態(tài)下工作，為電機與電網(wǎng)之間實現(xiàn)"智能化"的能量管理功能。當(dāng)檢測到電機在輕載或負載不斷變化時，通過可控硅能在0.01秒以內(nèi)調(diào)整輸入電機的電壓和電流，使電機的輸出功率與實時負載剛好匹配，從而減低銅損、鐵損，改善電機起動、停機性能，達到節(jié)電效果！
二、節(jié)電原理
交流鼠籠形感應(yīng)電機必須消耗一定的能量以提供磁場使電機連續(xù)工作。當(dāng)供給電機的電壓恒定時，由此產(chǎn)生的磁能也保持恒定，在額定轉(zhuǎn)速下，磁場消耗的能量保持恒定，與負載所需的轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)。
支持負載轉(zhuǎn)矩的能量取決于轉(zhuǎn)矩的大小。當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會稍微下降（轉(zhuǎn)差率增大），使得感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流上升以增加轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子中增加的電流由定子線圈中增加的電流來平衡。相反，如果需要的負載轉(zhuǎn)矩減少，轉(zhuǎn)差率減少，轉(zhuǎn)子電流下降，定子電流也相應(yīng)下降，但在端電壓恒定的情況下，定子中提供磁場的電流以在任何負載轉(zhuǎn)矩條件下將保持恒定。結(jié)果是感應(yīng)電機的效率隨負載的降低而降低。
事實上很少電機始終在額定條件下運行。通常選擇的標(biāo)準(zhǔn)是使電機的標(biāo)稱均高于驅(qū)動負載的最大需求。由于這原因，所選擇的電機幾乎一定是超出標(biāo)準(zhǔn)的，當(dāng)提供額定電壓時，即使?jié)M負荷運行也有節(jié)電空間。此外，有些應(yīng)用中負荷本來就是有變化的，而選擇的電機大小必須能滿足最大負荷時的需求，盡管最大負荷只是間斷出現(xiàn)，而其它時間電機在小負荷狀態(tài)運行。
由于電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與供電電壓的平方成正比，降低端電壓將減少轉(zhuǎn)矩。降低端電壓，實際上是降低了電機的額定輸出功率，也意味著所需磁場能量的減少。利用這一原理，GL-DJ可在空載和大多數(shù)負荷情況下保持較高恒定的電機效率。
GL-DJ采用智能化的微處理機控制，無需人工調(diào)節(jié)。在輕負載情況下電機電壓自動降至最低需求而轉(zhuǎn)速保持恒定，因此降低了不必的損耗。如果負載增加，電壓將自動上升以防止電機失速。
GL-DJ通過檢測電機的電壓和電流實現(xiàn)閉環(huán)控制，因為電機電路是電感電路，所以電壓和電流波形存在時間差，而且負載越輕，電流滯后于電壓越大。空載時電機的效率最低，電流和電壓波形間的相位差也最大。微處理機將監(jiān)測波形間的相位并相應(yīng)地調(diào)整可控硅的觸發(fā)脈沖，其速度為每秒鐘100次。這一速度比電機所能響應(yīng)的速度要快得多，這對防止電機在任何負荷工況下出現(xiàn)失速是足夠的。電機運行在輕載時，可以將勵磁電流減少到僅僅與負荷轉(zhuǎn)矩相匹配，則可使電機的運行效率提高。GL-DJ通過改變電機的相位角實現(xiàn)控制。
在不同的負荷條件下，相位角將隨之改變。圖3.5是電機電壓和電流在不同負荷條件下的說明。請注意，在輕負荷條件下相位角或電流之間的時間滯后將增加。在通常負荷情況下，電機的電流滯后于電壓30度；在輕負荷情況下，電機的電流滯后將增加。通常，在輕負荷情況下，電機的電流滯后于電壓80度
GL-DJ連續(xù)監(jiān)控電機電壓和電流之間的相位角，依據(jù)負荷的變化改變相位角。GL-DJ通過半導(dǎo)體開關(guān)元件來"切削"電壓而進行控制。半導(dǎo)體開關(guān)元件只允許電源電壓正半周和負半周的一部分供給電機，如圖3.6所示。這樣的結(jié)果是降低供給電機的均方根電壓。結(jié)果，磁滯損耗最小化，相位角回到原來的大小，電機效率提高。為了更好的理解為什么損耗會最小化，首先要分析電機負荷變化時將影響那些因素。
我們知道，維持電機工作的電流是由兩個不同的部分組成的：負荷（阻性）電流（IR1）以及感性（勵磁）電流（IM1）,參見圖3.7。感應(yīng)性電流依賴電壓和磁通密度。在一定程度上，阻性電流也是電壓的函數(shù)。在滿負荷，也就是滿電壓情況下，感性電流與阻性電流合成相位角фPF，當(dāng)電機負荷減少，一些參數(shù)將發(fā)生變化，產(chǎn)生負荷轉(zhuǎn)矩的阻性電流（IR2）和相對不變的感應(yīng)性電流（IM2）合成的相位角將增大，如圖3.7（b）所示。控制器通過降低電機的供電電壓而減少感應(yīng)性電流(IM3)，起到使相位角趨近原來大小的作用，從而降低磁滯損耗。在輕負荷情況下，阻性電流產(chǎn)生的鐵心損耗也將隨時著電壓的降低而減少。因此電機的電耗將有效降低。
事實上通過降低電壓獲得的節(jié)電將隨負荷的增加而快速下降。
正如前面所描述的，控制器通過切削電壓波形而降低電機電壓，當(dāng)電機電壓降低，磁損耗減少，但有些損耗實際上會增加。
這一特性用圖3.8加以說明。圖3.8說明在不同電壓下勵磁電流的變化。當(dāng)電壓變化，電機繞組隨總電流（I）而發(fā)熱。由圖可知，總電流在B點最小，而電壓卻是在C點最低。在預(yù)算總的節(jié)電率時必須將這一現(xiàn)象考慮進去。
在輕負載情況下，增加的熱損耗的影響可不予考慮，因為這一增加相對磁損耗的減少要小得多。因此得到的結(jié)果是電機效率的改善。
GL-DJ還具有完善軟啟動功能，可減少電機的機械沖擊和磨損，降低維護成本，盡可能地降低用電費用。
GL-DJ是完全區(qū)別于變頻器的一種新型電機節(jié)電控制器，它不影響電機轉(zhuǎn)速、扭矩及動態(tài)的響應(yīng)，更不需要通過降低電機的速度來達到節(jié)能的目的。
二、主要特點
1.軟啟動功能 ：GL-DJ 內(nèi)置多種可調(diào)整啟動時間的功能，令電機的啟動受到適當(dāng)?shù)目刂疲瑥亩行У乜刂茊与娏鳌?
2.自動地并且連續(xù)的優(yōu)化調(diào)節(jié)交流電機的輸入，以此來減少電機運行時的的能量消費，綜合節(jié)電率可達10%~40%。
3. 智能電機節(jié)電器是完全區(qū)別于變頻器的一種新型電機節(jié)電控制器，它不影響電機轉(zhuǎn)速、扭矩及動態(tài)的響應(yīng)。
4. 過電流能力強，保護功能完善，具備過流、過壓、欠壓、缺相、安全旁路等保護功能。
三、適用對象
GL-DJ可廣泛應(yīng)用于任何不需要調(diào)節(jié)速度、處于輕載負荷或輕載時間下運行的較長的交流感應(yīng)電機的節(jié)能與優(yōu)化控制，可以有效解決"大馬拉小車"狀態(tài)下電機本體的浪費問題。并提供一個極佳的軟起動和緩和停機的功效。
1.輕載電機：實際運行功率因數(shù)在0.6以下的電機。
2.負載變化較大且不允許速度變化的設(shè)備：皮帶輸送機、電動扶梯、軋鋼設(shè)備、各類工業(yè)輸送機械等
3.變負載設(shè)備：如六角機床、碾磨機、研磨機、成形機、沖床、拋光機、懸垂機、油壓機、切削機、食品攪拌機、塑膠開煉機/密煉機、鍛機、混凝土成型機、橡膠成型機
四、技術(shù)參數(shù)
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1
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頻率
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50HZ/60Hz
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2
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過電流能力
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1.25 倍標(biāo)稱電流2分鐘，1.5倍標(biāo)稱電流2秒
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3
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綜合節(jié)電率
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15%-40%（視負載運行狀況而定）
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4
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控制系統(tǒng)
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電子控制線路、微處理器控制
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5
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絕緣等級
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電源、控制回路、外殼之間耐壓2.5kv
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6
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軟啟動
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0～60秒時間可調(diào)
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7
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工作溫度
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－40°C～85°C
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8
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環(huán)境要求
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通風(fēng)良好，相對濕度0-85%不結(jié)露。
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9
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保護
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過流、過壓、安全旁路。
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五、規(guī)格
節(jié)電器的主要規(guī)格從4KW-315KW
六、安裝圖示
七、GL-DJ節(jié)電器節(jié)電效果檢驗方法
GL-DJ節(jié)電器的節(jié)電效果檢測有以下幾種方法：
1．鉗形電流表測試：通過測試節(jié)電器投入前和投入后電機電流的變化，即可計算出大致的節(jié)電率。
2．有功電度表測試：通過測試電機在相同負荷條件下，節(jié)電器分別投入和斷開，電機運行相同時間的電耗，即可算出實際的節(jié)電率。
3．電參數(shù)測試儀測試：通過測試電機在相同負荷條件下，節(jié)電器分別投入和斷開，電機運行時的電流、有功、無功、功率因數(shù)等電參數(shù)，即可算出大致的節(jié)電率。
八、使用GL-DJ節(jié)電器前需要了解的情況
1． 了解設(shè)備的類型。
2． 了解設(shè)備所用電機的型號、標(biāo)稱值（電壓、電流、功率、功率因數(shù)）和其它特性參數(shù)。
3． 了解電機實際負荷的基本情況，包括負荷特性和運行周期。并實測運行時的電壓、電流及功率因數(shù)。
4． 了解電機的用電情況及電費率。
詳細了解以上情況后請?zhí)顚憽?a href="http://www.sdzzcs.com/edit/down/dcb.rar" style="color: rgb(51, 51, 51); text-decoration: none;">電機節(jié)電器應(yīng)用調(diào)查表》，然后根據(jù)調(diào)查表的數(shù)據(jù)參考第三款"適用對象"的相關(guān)內(nèi)容以及下述條件判斷是否適合安裝GL-DJ節(jié)電器和安裝后大約的節(jié)電效果。
怎樣判斷一個應(yīng)用是否為一個好的節(jié)電應(yīng)用？
看標(biāo)稱電流與實際運行電流是否差別較大，差別越大，節(jié)電效果就越好；
看功率因數(shù)，電機的運行功率因數(shù)低于0.55以下，就會獲得比較好的節(jié)電效果；
看運行電壓，運行電壓高出380V，如夜間運行時段或變壓器容量富余的用戶，在應(yīng)用該節(jié)電器后會有比較好的節(jié)電效果；
對于負載率超過60%的電機，將不是一個好的節(jié)電應(yīng)用，但可以作為此類電機的軟啟動器，因此，要注意避免在負荷率大于60%以上的電機使用該節(jié)電器作為節(jié)能裝置。
下表列出了不同負荷狀況下可預(yù)期的節(jié)電效果，實際應(yīng)用時請以此為參照。
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分類
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負 荷 狀 況
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節(jié)電效果預(yù)測
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1
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低負荷率（小于40%），低功率因數(shù)（COS￠＜0.4）
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好，20-40％
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2
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中等負荷率（50—60%），中等功率因數(shù)（COS￠＝0.5—0.6）
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較好，10-20％
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3
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中等負荷率（50—60%），高功率因數(shù)（COS￠＞0.65）
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有挑戰(zhàn)性5-10％
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4
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高負荷率（＞70%），低功率因數(shù)（COS￠＞0.7）
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不適應(yīng)
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由上表可以看出，分類1是最理想的情況，可預(yù)期獲得顯著的節(jié)電率；分類2是比較理想的情況，一般均可獲得較好的節(jié)電率；分類3的情況應(yīng)慎重，通過測試決定是否可以實施；分類4的情況應(yīng)避免應(yīng)用GL-DJ改造。
從末端設(shè)備的類型來看，自動扶梯、軋鋼機以及其它屬于輪空型的負載都是理想的應(yīng)用對象；皮帶運輸機、連續(xù)擠壓機等屬于中等負荷率、中等功率因數(shù)的負載，也是比較好的應(yīng)用對象；部分水泵、空氣壓縮機、球磨機可能屬于中等負荷率、高功率因數(shù)的負載，必須慎重應(yīng)用。
九、產(chǎn)品規(guī)格及尺寸
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規(guī)格
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尺寸（高*寬*厚）(mm)
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5.5KW-22KW
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410X250X230
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30KW-45KW
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500X300X210
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55KW-75KW
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700X450X400
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90KW-110KW
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1100X520X440
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132KW-150KW
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1200X560X460
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200KW-250KW
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1400X650X530
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注：超出以上規(guī)格的尺寸請咨詢公司技術(shù)部
