【導(dǎo)讀】晉城市路燈自動(dòng)化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng)

　　

【正文】 23 動(dòng)機(jī)的電流、電壓轉(zhuǎn)距曲線，我們可以看出，是一個(gè)鞍型 曲線在同一轉(zhuǎn)距下，電源電壓過(guò)高、過(guò)低都會(huì)引起電流的上升。我們知道，電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)距下，所需建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的激磁電壓是一定的，在這個(gè)電壓下，所產(chǎn)生的激磁電流最小，即：電動(dòng)機(jī)的電流最小。當(dāng)電源電壓高于這個(gè)電壓值時(shí)，由于電機(jī)的磁場(chǎng)已經(jīng)處于磁飽和狀態(tài)，就會(huì)引起電流的升高。而這部分升高的電流并沒(méi)有產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)做功，這部分能量卻變成了鐵損和銅損產(chǎn)生了大量的熱能，使電機(jī)的溫度升高，絕緣加劇老化。那么電壓越低就越好嗎？不是的。因?yàn)?，?dāng)供電電壓低于轉(zhuǎn)距曲線的谷底所需的電壓時(shí)，電流又開(kāi)始上升。這是由于，電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)距需求還是不變的，即所需功率還是不變的，這時(shí)的轉(zhuǎn)距小于負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)距，原來(lái)的磁平衡被打破，電機(jī)線圈的阻抗值趨于減小，電流隨之上升，直至磁場(chǎng)轉(zhuǎn)距與負(fù)載所需轉(zhuǎn)距相平衡。其實(shí)，我們所遇到電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)后，被燒毀的原因就是這樣，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)線圈的阻抗值趨于最小，電流急劇上升，較大的電流使鐵損隨之增加，大電流還使線圈產(chǎn)生大量的銅損，在負(fù)載設(shè)備上產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)至溫升過(guò)高，燒毀電機(jī)。因此只要把電源電壓控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，那么電機(jī)的電流就會(huì)在接近曲線谷底，這樣電機(jī)的轉(zhuǎn)距不變，所做的功也不變，但是不必要的損耗卻降到了最低，也就 是說(shuō)電機(jī)的電能―動(dòng)能的轉(zhuǎn)換效率最高。以前這一點(diǎn)很難做到，但是，智能節(jié)電器利用微電腦控制技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，憑借多項(xiàng)先進(jìn)的電源電壓優(yōu)化管理、控制方面的專(zhuān)利技術(shù)，將電壓控制在電機(jī)所需要的最佳狀態(tài)，使電機(jī)的工作電流，接近于轉(zhuǎn)距曲線的谷底，合理、有效地節(jié)省了電能，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，減少了維護(hù)成本。 使用智能節(jié)電器，降低了用電負(fù)載從電網(wǎng)索取的電流，一般降低 10%— 25%以上，這樣既達(dá)到了省電，又達(dá)到擴(kuò)容的目的，也就是在不增加主變壓器容量或者不加粗配電線路電纜的前提下，加裝智能節(jié)電設(shè)備后，可以繼續(xù)增加 用電設(shè)備（具體增加用電設(shè)備，視減少的電流，及需增加的用電設(shè)備特性合理增加）。 ● 三相電源不平衡 智能節(jié)電器使用電設(shè)備在三相電源平衡、對(duì)稱(chēng)的狀態(tài)下優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。正常情況下，用電設(shè)備應(yīng)工作在三相負(fù)載電流平衡（數(shù)值大小一樣），三相電壓對(duì)稱(chēng)（三相相位差互為 120 度）的條件下，但是事實(shí)上，由于當(dāng)前單相用電設(shè)備特別多，單相設(shè)備的功率普遍較大，單相電子設(shè)備的應(yīng)用也較為普遍，大功率的電子器件不斷應(yīng)用，使到客戶端的電網(wǎng)質(zhì)量為三相不平衡（如某商場(chǎng)的樓層 IA為 207A， IB 為 144A， IC為 270A），由于三相電源不平衡造成零序電流 過(guò)大，零點(diǎn)漂移，由此引發(fā)三相不對(duì)稱(chēng)，不平衡電流可以分解為正序、負(fù)序和零序電流，其中負(fù)序電流，在電機(jī)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的磁場(chǎng)，不但不產(chǎn)生動(dòng)力，還產(chǎn)生阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的反向力距，成為動(dòng)力源上增大能量消耗的一大原因。由于三相電壓不平衡，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)晉城市路燈自動(dòng)化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤(rùn)特電子有限 公司 24 也不平衡，引起電機(jī)的噪音變大。根據(jù)智能節(jié)電器可以利用磁路平衡原理，智能節(jié)電器在運(yùn)行時(shí)能夠起到在一定范圍內(nèi)調(diào)整三相電壓不平衡的作用。可有效的減小負(fù)序電壓和零序電流的產(chǎn)生，從而減少反向磁場(chǎng)的產(chǎn)生，從而達(dá)到節(jié)省電能的目的，同時(shí)還減小了電機(jī)的噪音和震動(dòng)。 ● 高次諧波 智能節(jié)電器自身 不產(chǎn)生高次諧波，還能夠抑制從電源側(cè)侵入的高次諧波，電網(wǎng)上的高次諧波來(lái)源很多，大氣過(guò)電壓、雷擊、鄰近大功率設(shè)備的開(kāi)停、周?chē)褂秒姾笝C(jī)、晶閘管設(shè)備的投運(yùn)均為高次諧波形成的原因，高次諧波的組成主要是包含三次、五次諧波也就是頻率為150 周和 250 周的諧波，以及高能浪涌電壓和電流形成的尖銳脈沖波，而運(yùn)行設(shè)備的鐵芯損耗與頻率的 次方成正比，使用了智能節(jié)電器能夠抑制高次諧波，諧波頻率越高，抑止作用越強(qiáng)烈，實(shí)驗(yàn)與研究證明，高次諧波形成的損耗在整個(gè)用電量中占有相當(dāng)高的比例（ 5%40%），智能節(jié)電器即可以抑制來(lái)自電源的諧 波成分，又可以使用電設(shè)備所形成的諧波成分盡量減少對(duì)電網(wǎng)的傳送，從而起到清潔電網(wǎng)的作用，有效的減少了鐵損，節(jié)省了電能的浪費(fèi)。 ● 功率因數(shù) 智能節(jié)電器能夠改善負(fù)載功率因數(shù)。由于智能節(jié)電器采用了專(zhuān)利技術(shù)所函蓋的特殊的電氣連接設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)整電流、電壓的夾角，在一定程度上改善負(fù)載功率因數(shù)，減小了無(wú)功損耗，降低了負(fù)載電流，減少了線路的發(fā)熱量。既有效的減少了電能的浪費(fèi)，又保護(hù)了電路的安全。 ● 新型的節(jié)能控制線圈 智能節(jié)電器，使用了獨(dú)有專(zhuān)利技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的節(jié)能線圈組，具有體積小、重量相對(duì)較輕，以其專(zhuān)利技術(shù)采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和 電路設(shè)計(jì)，使自身?yè)p耗只有普通變壓器的 6— 10%。同時(shí)，在回路中由微電腦控制，對(duì)電壓、電流、以及相位角進(jìn)行控制，優(yōu)化供給負(fù)載設(shè)備的電源，濾除諧波，有效的改善電源質(zhì)量，減少電能的浪費(fèi)。 ● 合理有效的控制 智能節(jié)電器通過(guò)微電腦控制系統(tǒng)，對(duì)負(fù)載的啟動(dòng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，當(dāng)負(fù)載啟動(dòng)結(jié)束后，由負(fù)載的啟動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)入合理的節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，在保證負(fù)載穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)下，將電流降到較低的范圍內(nèi)，既可擁有更多的電能節(jié)省，又可有效延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。同時(shí)針對(duì)有些負(fù)載在不同時(shí)段內(nèi)對(duì)電壓有不同的要求（如：路燈在前半夜、后半夜、黎明前，對(duì)電壓 的實(shí)際需求是不同的），可通過(guò)對(duì)微電腦控制器的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)段、定電壓、分時(shí)段控制（一晉城市路燈自動(dòng)化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤(rùn)特電子有限 公司 25 天最多分成四段），這樣會(huì)更加有效、合理的減少不必要的電能消耗。 智能節(jié)電器的其他功能和優(yōu)勢(shì) 智能化的控制和報(bào)警信號(hào) 智能節(jié)電器的微電腦控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)電壓、電流、溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在設(shè)備溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟冷卻風(fēng)扇。在出現(xiàn)過(guò)電流、溫度過(guò)高等故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在檢測(cè)到設(shè)備機(jī)械故障時(shí)，自動(dòng)反向調(diào)節(jié)，啟動(dòng)保護(hù)程序，發(fā)出設(shè)備故障信號(hào)。這些信號(hào)可以通過(guò)無(wú)源接點(diǎn)提供給各種監(jiān)控系統(tǒng)，以便統(tǒng)一管理控制。 合理的安全設(shè)計(jì) 在運(yùn)行中有時(shí)會(huì)遇到因檢修等工作的需要，要退出節(jié)電器，但是負(fù)載還需要用電的情況，這時(shí)就可把節(jié)電器切換到旁路狀態(tài)。為了避免誤操作，我們使用了空氣開(kāi)關(guān)加機(jī)械互鎖裝置的設(shè)計(jì)，有效的避免了因誤操作引起的事故。 新一代產(chǎn)品更加注重人性化設(shè)計(jì) 智能節(jié)電器的微電腦控制系統(tǒng)，采用人性化設(shè)計(jì)，在新一代產(chǎn)品中，增設(shè)了人機(jī)對(duì)話窗口，通過(guò)控制面板就可以直接讀取電流、電壓等電參數(shù)，可利用控制鍵盤(pán)輸入、更改控制參數(shù)，并且可通過(guò)密碼對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行保護(hù)。 智能節(jié)電器與其他同類(lèi)產(chǎn)品橫向比較的優(yōu)勢(shì) 與電 力補(bǔ)償型節(jié)電產(chǎn)品的比較 電力補(bǔ)償型節(jié)電產(chǎn)品，主要使用電容對(duì)線路的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，使功率因數(shù)得以提高。這種節(jié)電方法，在上個(gè)世紀(jì)七八十年代還屬于較為有效的手段，但是，這種方法對(duì)于有功的節(jié)省十分有限。在各終端負(fù)載上加裝補(bǔ)償電容，由于電壓波動(dòng)等原因造成電容較易損壞，使維護(hù)量加大。同時(shí)由于一個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)，隨負(fù)載變化而變化。這樣，在終端加的補(bǔ)償電容就有可能因補(bǔ)償過(guò)高引起諧振，使電容被擊穿，更嚴(yán)重的會(huì)使設(shè)備損壞。如果再為每一個(gè)終端設(shè)備加裝一個(gè)補(bǔ)償控制器，那樣的成本巨大，維護(hù)量、維護(hù)難度都巨幅的增加。 晉城市路燈自動(dòng)化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤(rùn)特電子有限 公司 26 智能節(jié)電器沒(méi)有采用 對(duì)運(yùn)行電壓要求高的電容器，而是采用抗過(guò)電壓能力較強(qiáng)的鐵芯繞組，不受運(yùn)行電壓波動(dòng)的限制。由于智能節(jié)電器采用了專(zhuān)利技術(shù)所函蓋的特殊的電氣連接設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)整電流、電壓的夾角，在一定程度上改善負(fù)載功率因數(shù)，減小了無(wú)功損耗，同時(shí)又不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償和諧振現(xiàn)象。 與自藕變壓器類(lèi)節(jié)電產(chǎn)品的比較 自藕變壓器類(lèi)節(jié)電產(chǎn)品一般是根據(jù)回路的電壓，選擇一個(gè)抽頭，將電壓降低一個(gè)值，如下圖所示： 0 1 2 3 8654 7 109 11 12220V200VU供電電壓曲線211713 14 1615 1918 20 T2322 0輸出電壓曲線自藕變壓器類(lèi)節(jié)電產(chǎn)品的電壓曲線 由于使用自藕變壓器，無(wú)法隨時(shí)調(diào)整，降壓值固 定，在電網(wǎng)電壓較低時(shí)，造成輸出電壓較低，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)載不能啟動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)速下降等現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)于負(fù)載的正常、可靠的工作構(gòu)成威脅。 使用智能節(jié)電器，可以通過(guò)微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)電壓波動(dòng)情況，隨時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)控，為負(fù)載提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源電壓，如下圖所示，是某地一天的電網(wǎng)電壓及節(jié)電器輸出電壓曲線。 0 1 2 3 8654 7 109 11 12U供電電壓曲線輸出電壓曲線211713 14 1615 1918 20 T2322 021 0V 177。4V220V智能節(jié)電晉城市路燈自動(dòng)化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤(rùn)特電子有限 公司 27 器輸入、輸出電壓曲線 我們把輸出電壓設(shè)定在 210V，這時(shí)電網(wǎng)電壓隨時(shí)間波動(dòng)。智能節(jié)電器將輸出電壓穩(wěn)定在 210V 左右，由于我們采用了模糊控制 技術(shù)，在使輸出電壓的誤差保持在177。 4V 以下。這樣的精度，在一般的大功率電力穩(wěn)壓器中也難以達(dá)到，所以智能節(jié)電器在節(jié)電的同時(shí)，還能為負(fù)載設(shè)備提供高精度穩(wěn)壓。 與自藕調(diào)壓器類(lèi)節(jié)電產(chǎn)品的比較 我們知道自藕調(diào)壓器是通過(guò)滑動(dòng)端在線圈上滑動(dòng)，通過(guò)改變?cè)?、副邊線圈的匝數(shù)比來(lái)改變輸出電壓的。這種方式要自動(dòng)調(diào)整時(shí)，有一套電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)碳刷滑動(dòng)的。由于滑動(dòng)會(huì)磨損碳刷，使用時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)出現(xiàn)碳刷接觸不良的問(wèn)題，引起在碳刷接觸面上線圈銅線發(fā)熱氧化，在與碳刷接觸面上打火，瞬間電流斷流，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起缺相而燒毀電機(jī)等事故。同時(shí)， 由于碳刷的磨損粉塵，沉積在線圈匝間縫隙中，很容易引起線圈的匝間短路。這就需要在極短的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行一次除碳刷磨損的粉塵和更換碳刷的維護(hù)。維護(hù)復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，加大了設(shè)備維護(hù)量和維護(hù)成本，使用可靠性不高。 智能節(jié)電器，主回路是由線圈構(gòu)成，除了輸入、輸出開(kāi)關(guān)外沒(méi)有斷點(diǎn)，更沒(méi)有碳刷一類(lèi)的易磨損部件。不會(huì)出現(xiàn)接觸面打火、電流斷流等問(wèn)題，基本不需要特別維護(hù)，因此，使用維護(hù)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本極低。 與可控硅、變頻器類(lèi)節(jié)電產(chǎn)品的比較 我們先看使用可控硅類(lèi)節(jié)電產(chǎn)品。我們都知道，可控硅是通過(guò)控制導(dǎo)通角來(lái)調(diào)整電壓節(jié)電的，其工 作原理如下圖： 晉城市路燈自動(dòng)化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤(rùn)特電子有限 公司 28 可控硅觸發(fā)脈沖1/2 π 觸發(fā) 角 α1/2 π輸出的電壓波型011U0π 3/2 ππ 3/2 π1/2 π0輸入電壓波型11U3/2 ππ5/2 π2 π 3 π5/2 π2 π 3 π7/2 πt7/2 πt3 π5/2 π2 πt7/2 π 由于可控硅的特性所致，使用時(shí)輸出電壓波型由原來(lái)的正弦波變成了上圖所的示輸出電壓波型，因此會(huì)產(chǎn)生大量諧波，污染電網(wǎng)，遭到了電力部門(mén)亮起的黃燈。由于可控硅僅僅是控制導(dǎo)通時(shí)間，無(wú)法改變供電電壓的幅值，所以并不能真正的減少電壓較高時(shí)，峰值電壓對(duì)負(fù)載設(shè)備的影響。在其導(dǎo)通角較大時(shí)，由于電壓波型失真嚴(yán)重，使負(fù)載設(shè)備的鐵損急劇上升，設(shè)備的溫升加劇，導(dǎo)致絕緣老化加快使用壽命減短。可控硅節(jié)電設(shè)備穩(wěn)定性有待于提高，可靠性較差，電子遷移所至使用壽命不長(zhǎng) 等原因，使維護(hù)、檢修復(fù)雜，維護(hù)成本大。 使用變頻器類(lèi)的節(jié)電產(chǎn)品，由于照明設(shè)備等在頻率改變時(shí)，無(wú)法正常工作，所以變頻器類(lèi)的產(chǎn)品只能用于電動(dòng)機(jī)。然而單就電動(dòng)機(jī)節(jié)能來(lái)說(shuō)，變頻器類(lèi)的產(chǎn)品是采用 IGPT 脈寬調(diào)制變頻的。其輸出的波型不是正弦波，而是寬窄不同的方波脈沖，通過(guò)調(diào)整脈沖的寬窄來(lái)改變頻率的。采用 IGBT 的 PWM 變頻器的高斬波頻率的影響，電機(jī)內(nèi)的線圈必須能夠承受，由高電壓上升率在線圈匝間反復(fù)施加的陡度極大的沖擊電壓所導(dǎo)致的嚴(yán)酷考驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子槽形和定子繞組分布形式等結(jié)構(gòu)，也必須能滿足這種供電條件的要求。所 以嚴(yán)格的講，變頻器最好只用在專(zhuān)用變頻電機(jī)上。而普通電機(jī)使用變頻器，會(huì)對(duì)電機(jī)的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。同時(shí)，變頻器使用在普通電機(jī)上時(shí)，由于電機(jī)的結(jié)構(gòu)等原因，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的諧波，污染電網(wǎng)，嚴(yán)重時(shí)可能干擾到周?chē)脑O(shè)備的正常使用。變頻器類(lèi)的節(jié)電裝置，由于采用 IGPT 等電力電子元件，控制電路復(fù)雜，可靠性較低，使用壽命較短，檢修維護(hù)復(fù)雜，維修成本極高。 晉城市路燈自動(dòng)化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤(rùn)特電子有限 公司 29 智能節(jié)電器使用 獨(dú)有的專(zhuān)利技術(shù) —— 《串聯(lián)補(bǔ)償型電源調(diào)整控制變壓器》 在 運(yùn) 行中，本身不 產(chǎn) 生高次 諧 波 ，而且還 可以濾除來(lái)自電網(wǎng)的諧波，隔離用 戶設(shè)備 的正常 啟 、停所產(chǎn)生的諧波 對(duì)電 網(wǎng)的 諧 波污染；智能節(jié)電器 不改變電源的頻率，輸出的電壓波型還是連續(xù)的正弦波，為負(fù)載設(shè)備提供了優(yōu)質(zhì)的工頻電壓。智能節(jié)電器降低電壓后的電壓波型，仍