專利名稱：一種籠型感應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及籠型感應(yīng)電動機節(jié)電領(lǐng)域，具體涉及一種籠型 感應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置，特別是其主回路執(zhí)行環(huán)節(jié)。
技術(shù)背景 ，
盡管籠型感應(yīng)電動機標(biāo)稱的額定效率可達到92%，大型的甚至可 以達到96%以上，但對實際大量正在運行的電動機來說，由于工程設(shè) 計人員及使用者考慮了一定的裕度，安全系數(shù)和實際負載的變化幅 度，其使用的負載率往往很低，可能是80% 30%，甚至更低。根據(jù) 這種實際工作狀態(tài)，考慮到電動機輕載時低功率因數(shù)運行，大量無 功傳輸所造成的線路損耗，這使得電動機實際運行的綜合效率可能 只有80%甚至更低?；谖覈涣麟妱訖C總裝機容量已達到5. 8億千 瓦，占全國總用電的60% 70%，因此提高電動機的實際運行效率， 降低電動機的綜合能量消耗已被公認為我國節(jié)能，降耗，減排，實 施低碳經(jīng)濟，創(chuàng)建綠色環(huán)境之必需。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種籠型感應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行 及軟起動裝置，能夠減少電能的綜合消耗，降低該類電動機起動電 流對電網(wǎng)的沖擊。
為了實現(xiàn)這一目的，本實用新型的技術(shù)方案如下 一種籠型感
應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置，該籠型感應(yīng)電動機包括定子 線圈，其特征在于該籠型感應(yīng)電動機定子線圈的輸入端通過變壓器 的次級線圈與調(diào)壓器連接，變壓器的初級線圈與調(diào)壓器的輸出端連 接，調(diào)壓器的輸入端與電網(wǎng)連接。根據(jù)本實用新型的一個實施例， 調(diào)壓器設(shè)有輸入端，可調(diào)電壓輸出端，固定電壓輸出端，該調(diào)壓器
3的輸入端與電網(wǎng)連接，該調(diào)壓器的固定輸出端與變壓器次級線圈的 一端連接，變壓器次級線圈的另一端與籠型感應(yīng)電動機定子線圈連 接，調(diào)壓器的可調(diào)電壓輸出端與變壓器的初級線圈連接。該調(diào)壓器 設(shè)有電壓調(diào)節(jié)電刷，該電壓調(diào)節(jié)電刷與調(diào)壓器的可調(diào)電壓輸出端連 接，該電壓調(diào)節(jié)電刷與電刷驅(qū)動機構(gòu)機械連接，電刷驅(qū)動機構(gòu)與調(diào) 壓器伺服電動機連接，調(diào)壓器伺服電動機與控制器連接。
本實用新型主要應(yīng)用變壓器和調(diào)壓器的第n象限運行方式，使
串聯(lián)在電動機定子線圈中的變壓器的次級線圈在起到電抗降壓作用 的同時又利用這反感性電流(相當(dāng)?shù)娜菪噪娏?將無功功率回饋給 電網(wǎng)，自行功率因數(shù)補償，從而在保持需要的輸出功率不變的狀態(tài) 下，降低電動機綜合能量消耗的目的。上述功效對起動狀態(tài)同樣有 效，因而，這降低輸入電流的功能又起到了降低起動電流的作用， 從而減少了電動機起動電流對電網(wǎng)的沖擊。本實用新型實施上述功 能時，其主回路器件調(diào)壓器，變壓器全工作在線性狀態(tài)，因此不會 象采用晶閘管類的電力電子裝置那樣造成電源波形畸變，也不會給 電網(wǎng)點來任何污染。它不會干擾其它電子及電氣設(shè)備，也不會受其 它電子及電氣設(shè)備的干擾。

圖1為本實用新型的電路圖具體實施方式
圖1中示出了適用于電動機負載率3從輕載到額定，要求無級 平滑連續(xù)變化的負載性質(zhì)的電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置的主 回路電路圖。因該裝置三相電路完全相同，因此圖中僅以一相示例。 這里3 =" 1，式中Po為起始負載率，它的范圍為0<6()<1。
主回路中包含了調(diào)壓器T，變壓器B，調(diào)壓器伺服電動機SM，電刷 驅(qū)動機構(gòu)DR以及被控電動機M。
圖示的調(diào)壓器T為三相調(diào)壓器，圖中僅示出了一相，其中電源 輸入端A，固定電壓輸出端al，可調(diào)電壓輸出端a，和中性點N，圖示的變壓器B為三相變壓器，圖中僅示出了一相，其中輸入端為
a'和N'，輸入端a'與調(diào)壓器T的可調(diào)電壓輸出端a連接，輸入 端N'與調(diào)壓器T的中性點N連接。變壓器B的輸出端為al'和U'， 其中輸出端al'與固定電壓輸出端al連接，輸出端U'與被控籠型 感應(yīng)電動機M的輸入端U連接，圖中電刷驅(qū)動機構(gòu)DR和調(diào)壓器伺 服電動機SM將接受來自控制器C的信號，實施調(diào)節(jié)功能。
當(dāng)被控籠型感應(yīng)電動機帶有不同負載率e時，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓器 T使得變壓器B得到大小不同的與電源相位反向的電壓。從而使被 控籠型感應(yīng)電動機M得到一個適當(dāng)降低的電壓，該電壓與額定電壓 之比為降壓率UD (0<UD<1， UD=1為電動機額定電壓)，使得電 動機運行在較高的功率因數(shù)狀態(tài)。此時，變壓器雖然吸取了無功； 但由于變壓器B處第II象限運行，它流過了一個反電感電流，此電 流將吸取的能量通過同樣處第II象限運行的調(diào)壓器T，除了它們本 身的消耗，幾乎100%回饋給電流。盡管此時電動機實際流過的負載 電流為ID二PI，/UD，但由于能量回饋的作用，主回路向電網(wǎng)索取的 電流僅為負載率e與電流額定電流lDN的乘積，即110=81麗。從而 明顯降低了向電網(wǎng)索取的視在功率，提高了電動機的功率因數(shù)，提 高了電動機運行時的綜合效率，降低了電動機運行時的綜合損耗， 達到了節(jié)能的效果。這里的綜合損耗和綜合效率都計入了電動機無 功在各級輸配電線路上的損耗。
當(dāng)被控電動機啟動時，同樣由于調(diào)壓器T和變壓器B的第II象 限運行，盡管因降壓率為UD，電動機實際啟動電流Ios已降低了UD 倍，即IDS=UDIS (Is為電動機標(biāo)稱的起動電流)，但此時從電網(wǎng)索 取的起動電流fe僅為IIS=UD2IS。該第II象限能量回饋作用以UD2 的力度，降低了起動電流對電網(wǎng)的沖擊。只要保持Ud2/3》1，也就 是只要Ud》V P ，實際此時的起動力矩與此時負載阻力矩之比將大 于額定狀態(tài)下堵轉(zhuǎn)起動力矩與額定負載阻力矩之比，說明足能保障 此負載率3與此降壓率UD狀態(tài)下電動機起動成功。下面以一實施例的相關(guān)參數(shù)來說明本實用新型的輕載運行節(jié)能 數(shù)據(jù)及起動時減少對電網(wǎng)沖擊的效果。
取上海電機廠Y355L2—4三相籠型電動機基本參數(shù)如下額定 功率PN二315KW，-額定電壓UN二380V，額定電流Iw二545A，同步轉(zhuǎn) 速為1500轉(zhuǎn)，電動機額定效率ilN二96. 1%，額定功率因數(shù)cos4)N =0. 915，起動電流為Is = 6. 55*IN，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2. 39倍， 空載損耗P。二5.9KW，空載電流I。二118A，機械損耗P&二2.4KW，考 慮此屬低壓電機，無功經(jīng)濟當(dāng)量為0.09。
由上述基本參數(shù)，在施加額定電壓并帶上負載率3 二0.2 0.7 時，可求得電動機的實際負載功率P2、功率因數(shù)cos4)、總損耗AP，
考慮無功線路損耗后的綜合損耗E AP， E AP占總有功的百分比i: AP^和電動機綜合效率n %值如性能數(shù)據(jù)表上半段所示。同樣此電 動機在采用本實用新型的輕載節(jié)電運行及軟起動裝置降壓措施，用 變壓器第n象限無功回饋后，可得到與上對應(yīng)的cos d) ' ， AP'， EAP' ， EAP' %及11' %如表中下半段數(shù)據(jù)所示。由性能數(shù)據(jù) 表可見，采用本實用新型后，不僅電動機功率因數(shù)和效率提高，且 使損耗明顯降低，此效果在越是輕載，e越低，越是突出。
這里以3=0.4為例，由表上下半段對比，采用本實用新型的表 下半段的綜合總損耗百分比為9.2%，比較采取措施前的上半段10.8 %，綜合總損耗的百分比下降了 1.6。％。我國目前電動機裝機容量為 5.8億千瓦，其中交流異步電動機以80%計，其中50%處輕載，且 15%用上本實用新型，且按每年工作4000小時，則省下的電能為
5.8億KW*0.8*0.5*0.15*0.016*4000=22.27億KWh
可見，僅此一項措施的節(jié)能數(shù)量已占我國"十一五"計劃數(shù)年 節(jié)能量200億KWh的1/10以上。
同樣以e =0.4對起動時減少對電網(wǎng)沖擊作一數(shù)據(jù)說明，同樣由 于本實用新型的第n象限返能作用，此時的110=0.75，可求得電動 機實際起動電流為IDS=UD*IS*INK). 75*6. 55*545=2677A，然而此時向電網(wǎng)索取的起動電流為IIS=UD2ISIN=2008A，可見二者之差為670A。 如以額定電壓起動，則電網(wǎng)要承受13=6. 55求545二3570A的沖擊?，F(xiàn) 在2008A僅為3570A的56X，明顯減少了起動時對電網(wǎng)的沖擊。然 而此時的起動力矩為額定力矩的UD2*2. 39 = 1. 344倍，此時負載阻 力矩為額定力矩的0.4倍，因此此時的起動力矩為負載阻力矩的 3.36倍，起動成功是毫無疑問的。
數(shù)據(jù)性能表
0.20.30.40.50.60.7
P"KW)6394.5126157.5189220.5
cos 4>0.5630.770.8330.86840.88840.9
AP(KW)6.1766.5217,07.6258.3849.281
E AP(KW)13.714.32115.216.32517.7019.30
￡ AP%17.9%13.2%10.8%9.4%8.6%8%
82.1%86.8%89.2%90.6%91.4%92%
uD0.530.650.750.8420.9210,995
cos 4>'0.9750.9520.9340,9230.9230.916
△ P' (KW)4.35365.336.3077.2838.269.24
E AP' (KW)8.4410,7012.6514.917.018.5
￡ AP' %11.8%11%9.2%8.7%8.8%7.7%
V %88.2%89%90.8%91.3%91.7%92.3%
關(guān)于電刷驅(qū)動機構(gòu)DR、調(diào)壓器伺服電動機SM和控制器C均屬 現(xiàn)有技術(shù)，用于調(diào)節(jié)電刷位置，當(dāng)然也可用手動調(diào)節(jié)電刷位置。
權(quán)利要求1、一種籠型感應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置，該籠型感應(yīng)電動機包括定子線圈，其特征在于該籠型感應(yīng)電動機定子線圈的輸入端通過變壓器的次級線圈與調(diào)壓器連接，變壓器的初級線圈與調(diào)壓器的輸出端連接，調(diào)壓器的輸入端與電網(wǎng)連接。
2、 如權(quán)利要求l所述的籠型感應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置，其特征在于調(diào)壓器設(shè)有輸入端，可調(diào)電壓輸出端，固定電壓輸出端，該調(diào)壓器的輸入端與電網(wǎng)連接，該調(diào)壓器的固定輸出端與變壓器次級線圈的一端連接，變壓器次級線圈的另一端與籠型感應(yīng)電動機定子線圈連接，調(diào)壓器的可調(diào)電壓輸出端與變壓器的初級線圈連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的籠型感應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置，其特征在于該調(diào)壓器設(shè)有電壓調(diào)節(jié)電刷，該電壓調(diào)節(jié)電刷與調(diào)壓器的可調(diào)電壓輸出端連接，該電壓調(diào)節(jié)電刷與電刷驅(qū)動機構(gòu)機械連接，電刷驅(qū)動機構(gòu)與調(diào)壓器伺服電動機連接，調(diào)壓器伺服電動機與控制器連接。
專利摘要本實用新型公開了一種籠型感應(yīng)電動機輕載節(jié)電運行及軟起動裝置，其特征在于該籠型感應(yīng)電動機定子線圈的輸入端通過變壓器的次級線圈與調(diào)壓器連接，變壓器的初級線圈與調(diào)壓器的輸出端連接，調(diào)壓器的輸入端與電網(wǎng)連接。本實用新型主要應(yīng)用變壓器和調(diào)壓器的第II象限運行方式，使串聯(lián)在電動機定子線圈中的變壓器的次級線圈在起到電抗降壓作用的同時又利用這反感性電流將無功功率回饋給電網(wǎng)，自行功率因數(shù)補償，從而在保持需要的輸出功率不變的狀態(tài)下，降低電動機綜合能量消耗的目的。上述功效對起動狀態(tài)同樣有效，因而，這降低輸入電流的功能又起到了降低起動電流的作用，從而減少了電動機起動電流對電網(wǎng)的沖擊。
文檔編號H02P23/02GK201266901SQ20082015327
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者昊 王, 蔣光祖 申請人:蔣光祖;王 昊