【導讀】晉城市路燈自動化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng)

　　

【正文】 23 動機的電流、電壓轉(zhuǎn)距曲線，我們可以看出，是一個鞍型 曲線在同一轉(zhuǎn)距下，電源電壓過高、過低都會引起電流的上升。我們知道，電動機在某一轉(zhuǎn)距下，所需建立旋轉(zhuǎn)磁場的激磁電壓是一定的，在這個電壓下，所產(chǎn)生的激磁電流最小，即：電動機的電流最小。當電源電壓高于這個電壓值時，由于電機的磁場已經(jīng)處于磁飽和狀態(tài)，就會引起電流的升高。而這部分升高的電流并沒有產(chǎn)生磁場來做功，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。因為，當供電電壓低于轉(zhuǎn)距曲線的谷底所需的電壓時，電流又開始上升。這是由于，電壓降低時，轉(zhuǎn)距需求還是不變的，即所需功率還是不變的，這時的轉(zhuǎn)距小于負載所需要的轉(zhuǎn)距，原來的磁平衡被打破，電機線圈的阻抗值趨于減小，電流隨之上升，直至磁場轉(zhuǎn)距與負載所需轉(zhuǎn)距相平衡。其實，我們所遇到電動機堵轉(zhuǎn)后，被燒毀的原因就是這樣，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，這時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，在負載設(shè)備上產(chǎn)生大量的熱量，導至溫升過高，燒毀電機。因此只要把電源電壓控制在一個合適的范圍內(nèi)，那么電機的電流就會在接近曲線谷底，這樣電機的轉(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 是說電機的電能―動能的轉(zhuǎn)換效率最高。以前這一點很難做到，但是，智能節(jié)電器利用微電腦控制技術(shù)，對電網(wǎng)電壓進行實時跟蹤監(jiān)測，憑借多項先進的電源電壓優(yōu)化管理、控制方面的專利技術(shù)，將電壓控制在電機所需要的最佳狀態(tài)，使電機的工作電流，接近于轉(zhuǎn)距曲線的谷底，合理、有效地節(jié)省了電能，延長了電機的使用壽命，減少了維護成本。 使用智能節(jié)電器，降低了用電負載從電網(wǎng)索取的電流，一般降低 10%— 25%以上，這樣既達到了省電，又達到擴容的目的，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、對稱的狀態(tài)下優(yōu)質(zhì)運行。正常情況下，用電設(shè)備應工作在三相負載電流平衡（數(shù)值大小一樣），三相電壓對稱（三相相位差互為 120 度）的條件下，但是事實上，由于當前單相用電設(shè)備特別多，單相設(shè)備的功率普遍較大，單相電子設(shè)備的應用也較為普遍，大功率的電子器件不斷應用，使到客戶端的電網(wǎng)質(zhì)量為三相不平衡（如某商場的樓層 IA為 207A， IB 為 144A， IC為 270A），由于三相電源不平衡造成零序電流 過大，零點漂移，由此引發(fā)三相不對稱，不平衡電流可以分解為正序、負序和零序電流，其中負序電流，在電機內(nèi)部會產(chǎn)生一個反向的磁場，不但不產(chǎn)生動力，還產(chǎn)生阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的反向力距，成為動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)生的磁場晉城市路燈自動化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤特電子有限 公司 24 也不平衡，引起電機的噪音變大。根據(jù)智能節(jié)電器可以利用磁路平衡原理，智能節(jié)電器在運行時能夠起到在一定范圍內(nèi)調(diào)整三相電壓不平衡的作用?？捎行У臏p小負序電壓和零序電流的產(chǎn)生，從而減少反向磁場的產(chǎn)生，從而達到節(jié)省電能的目的，同時還減小了電機的噪音和震動。 ● 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)上的高次諧波來源很多，大氣過電壓、雷擊、鄰近大功率設(shè)備的開停、周圍使用電焊機、晶閘管設(shè)備的投運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，抑止作用越強烈，實驗與研究證明，高次諧波形成的損耗在整個用電量中占有相當高的比例（ 5%40%），智能節(jié)電器即可以抑制來自電源的諧 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。 ● 功率因數(shù) 智能節(jié)電器能夠改善負載功率因數(shù)。由于智能節(jié)電器采用了專利技術(shù)所函蓋的特殊的電氣連接設(shè)計，通過調(diào)整電流、電壓的夾角，在一定程度上改善負載功率因數(shù)，減小了無功損耗，降低了負載電流，減少了線路的發(fā)熱量。既有效的減少了電能的浪費，又保護了電路的安全。 ● 新型的節(jié)能控制線圈 智能節(jié)電器，使用了獨有專利技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)的節(jié)能線圈組，具有體積小、重量相對較輕，以其專利技術(shù)采用獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和 電路設(shè)計，使自身損耗只有普通變壓器的 6— 10%。同時，在回路中由微電腦控制，對電壓、電流、以及相位角進行控制，優(yōu)化供給負載設(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。 ● 合理有效的控制 智能節(jié)電器通過微電腦控制系統(tǒng)，對負載的啟動進行跟蹤監(jiān)測，當負載啟動結(jié)束后，由負載的啟動狀態(tài)，轉(zhuǎn)入合理的節(jié)能運行狀態(tài)，在保證負載穩(wěn)定可靠的運行狀態(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，又可有效延長電機的使用壽命。同時針對有些負載在不同時段內(nèi)對電壓有不同的要求（如：路燈在前半夜、后半夜、黎明前，對電壓 的實際需求是不同的），可通過對微電腦控制器的設(shè)定，實現(xiàn)定時段、定電壓、分時段控制（一晉城市路燈自動化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤特電子有限 公司 25 天最多分成四段），這樣會更加有效、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 智能化的控制和報警信號 智能節(jié)電器的微電腦控制系統(tǒng)，通過實時對電壓、電流、溫度等進行監(jiān)測，在設(shè)備溫度達到設(shè)定值時，自動開啟冷卻風扇。在出現(xiàn)過電流、溫度過高等故障時發(fā)出報警信號。在檢測到設(shè)備機械故障時，自動反向調(diào)節(jié)，啟動保護程序，發(fā)出設(shè)備故障信號。這些信號可以通過無源接點提供給各種監(jiān)控系統(tǒng)，以便統(tǒng)一管理控制。 合理的安全設(shè)計 在運行中有時會遇到因檢修等工作的需要，要退出節(jié)電器，但是負載還需要用電的情況，這時就可把節(jié)電器切換到旁路狀態(tài)。為了避免誤操作，我們使用了空氣開關(guān)加機械互鎖裝置的設(shè)計，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 智能節(jié)電器的微電腦控制系統(tǒng)，采用人性化設(shè)計，在新一代產(chǎn)品中，增設(shè)了人機對話窗口，通過控制面板就可以直接讀取電流、電壓等電參數(shù)，可利用控制鍵盤輸入、更改控制參數(shù)，并且可通過密碼對控制參數(shù)進行保護。 智能節(jié)電器與其他同類產(chǎn)品橫向比較的優(yōu)勢 與電 力補償型節(jié)電產(chǎn)品的比較 電力補償型節(jié)電產(chǎn)品，主要使用電容對線路的無功進行補償，使功率因數(shù)得以提高。這種節(jié)電方法，在上個世紀七八十年代還屬于較為有效的手段，但是，這種方法對于有功的節(jié)省十分有限。在各終端負載上加裝補償電容，由于電壓波動等原因造成電容較易損壞，使維護量加大。同時由于一個系統(tǒng)的功率因數(shù)，隨負載變化而變化。這樣，在終端加的補償電容就有可能因補償過高引起諧振，使電容被擊穿，更嚴重的會使設(shè)備損壞。如果再為每一個終端設(shè)備加裝一個補償控制器，那樣的成本巨大，維護量、維護難度都巨幅的增加。 晉城市路燈自動化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤特電子有限 公司 26 智能節(jié)電器沒有采用 對運行電壓要求高的電容器，而是采用抗過電壓能力較強的鐵芯繞組，不受運行電壓波動的限制。由于智能節(jié)電器采用了專利技術(shù)所函蓋的特殊的電氣連接設(shè)計，通過調(diào)整電流、電壓的夾角，在一定程度上改善負載功率因數(shù)，減小了無功損耗，同時又不會出現(xiàn)過補償和諧振現(xiàn)象。 與自藕變壓器類節(jié)電產(chǎn)品的比較 自藕變壓器類節(jié)電產(chǎn)品一般是根據(jù)回路的電壓，選擇一個抽頭，將電壓降低一個值，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節(jié)電產(chǎn)品的電壓曲線 由于使用自藕變壓器，無法隨時調(diào)整，降壓值固 定，在電網(wǎng)電壓較低時，造成輸出電壓較低，有時會出現(xiàn)負載不能啟動、電機轉(zhuǎn)速下降等現(xiàn)象發(fā)生。對于負載的正常、可靠的工作構(gòu)成威脅。 使用智能節(jié)電器，可以通過微電腦控制系統(tǒng)，實時跟蹤電網(wǎng)電壓波動情況，隨時做出相應的調(diào)控，為負載提供一個穩(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)電晉城市路燈自動化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤特電子有限 公司 27 器輸入、輸出電壓曲線 我們把輸出電壓設(shè)定在 210V，這時電網(wǎng)電壓隨時間波動。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)壓器中也難以達到，所以智能節(jié)電器在節(jié)電的同時，還能為負載設(shè)備提供高精度穩(wěn)壓。 與自藕調(diào)壓器類節(jié)電產(chǎn)品的比較 我們知道自藕調(diào)壓器是通過滑動端在線圈上滑動，通過改變原、副邊線圈的匝數(shù)比來改變輸出電壓的。這種方式要自動調(diào)整時，有一套電動伺服機構(gòu)帶動碳刷滑動的。由于滑動會磨損碳刷，使用時間一長就會出現(xiàn)碳刷接觸不良的問題，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，嚴重時還會引起缺相而燒毀電機等事故。同時， 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間內(nèi)，進行一次除碳刷磨損的粉塵和更換碳刷的維護。維護復雜，耗時較長，加大了設(shè)備維護量和維護成本，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、輸出開關(guān)外沒有斷點，更沒有碳刷一類的易磨損部件。不會出現(xiàn)接觸面打火、電流斷流等問題，基本不需要特別維護，因此，使用維護簡單、維護成本極低。 與可控硅、變頻器類節(jié)電產(chǎn)品的比較 我們先看使用可控硅類節(jié)電產(chǎn)品。我們都知道，可控硅是通過控制導通角來調(diào)整電壓節(jié)電的，其工 作原理如下圖： 晉城市路燈自動化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤特電子有限 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，使用時輸出電壓波型由原來的正弦波變成了上圖所的示輸出電壓波型，因此會產(chǎn)生大量諧波，污染電網(wǎng)，遭到了電力部門亮起的黃燈。由于可控硅僅僅是控制導通時間，無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，峰值電壓對負載設(shè)備的影響。在其導通角較大時，由于電壓波型失真嚴重，使負載設(shè)備的鐵損急劇上升，設(shè)備的溫升加劇，導致絕緣老化加快使用壽命減短?？煽毓韫?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 等原因，使維護、檢修復雜，維護成本大。 使用變頻器類的節(jié)電產(chǎn)品，由于照明設(shè)備等在頻率改變時，無法正常工作，所以變頻器類的產(chǎn)品只能用于電動機。然而單就電動機節(jié)能來說，變頻器類的產(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，通過調(diào)整脈沖的寬窄來改變頻率的。采用 IGBT 的 PWM 變頻器的高斬波頻率的影響，電機內(nèi)的線圈必須能夠承受，由高電壓上升率在線圈匝間反復施加的陡度極大的沖擊電壓所導致的嚴酷考驗。電動機的定子、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 以嚴格的講，變頻器最好只用在專用變頻電機上。而普通電機使用變頻器，會對電機的使用壽命產(chǎn)生嚴重的影響。同時，變頻器使用在普通電機上時，由于電機的結(jié)構(gòu)等原因，導致產(chǎn)生大量的諧波，污染電網(wǎng)，嚴重時可能干擾到周圍的設(shè)備的正常使用。變頻器類的節(jié)電裝置，由于采用 IGPT 等電力電子元件，控制電路復雜，可靠性較低，使用壽命較短，檢修維護復雜，維修成本極高。 晉城市路燈自動化監(jiān)控節(jié)電管理系統(tǒng) 山西格潤特電子有限 公司 29 智能節(jié)電器使用 獨有的專利技術(shù) —— 《串聯(lián)補償型電源調(diào)整控制變壓器》 在 運 行中，本身不 產(chǎn) 生高次 諧 波 ，而且還 可以濾除來自電網(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