当前我国电机系统现状

当前我国电机系统现状：

电动机是当今社会中应用最普遍、最基本的能量转换装置，数量极大，目前我国约有10亿台电动机在运转，电动机的耗电量占电网总负荷的60%，占整个工业用电的70%。但是，人们也许并不知道，这10亿台电动机中却有高达60%以上的电机是长期在低负荷、低效率状态下运行，大约有30%的电能是被白白浪费掉了！这对于我们这样一个能源短缺的发展中国家来讲，浪费的电能如同“天文数字”！不仅如此，浪费过多导致电网系统电压降低，而由于低电压运转，全国每年被烧毁电机数量在20万台次以上，因此花费的修理费达20亿元左右，造成的停工停产损失高达百亿元。

据统计，我国电机系统用电量约占全国用电量的60%，80%以上的电机产品效率比国外先进水平低2－5个百分点，虽然国产高效电机与国外先进水平相当，但价格高、市场占有率低；风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2－4个百分点，虽然设计水平与国外先进水平相当，但制造技术和工艺有差距；电机传动调速及系统控制技术差距较大，产品效率比国外先进水平低20－30%。电机系统量大面广，节电潜力巨大。全国现有各类电机系统总装机容量约4.2亿千瓦，运行效率比国外先进水平低10－20个百分点，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。电机系统存在的主要问题是：电动机及被拖动设备效率低，电动机、风机、泵等设备陈旧落后，效率比国外先进水平低2－5个百分点；系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行；系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方式调节，效率比调速方式约低30%。

电动机经济运行控制器 本项目涉及的领域是关于三相异步电动机应用技术研究及其节电型号产品开发。意图是，通过改善三相异步电动机及其工作系统的经济运行状况，达到高效节电的目的。整体目标是针对现型的三相异步电动机及其工作系统运行中实际存在的问题，研发出相应配套的节能控制器系列型号产品，使依就于电力拖动的各行业，获得增效、节能的双重效益，最终实现电力拖动领域的“整体电效能”提高10%以上。我们解析了电动机的“本征特性”，明析了现型电动机及其工作系统节电技术研究的基本内涵，确定了课题目标内容，策定了技术实施方案。概括为，“按照本技术领域百年来已为理论界所阐明的课题目标：（1）Y/△双向转换；（2）就地无功补偿；（3）消除电网谐波。实现完成实用电动机及其工作系统经济运行达到最佳“整体电效能”的全自动控制装置的研制，开发电动机节能控制器产品”。

二 项目实施方案

项目的主要内容

电动机经济运行控制器是一种用于同三相电动机单机应用配套，确保电动机安全经济运行获得最佳效果的智能全自动控制装置。

它将电动机与设备的增效、节能、综合保护、软起动，二重起动，单机就地无功补偿提

高电网功率因数，清除谐波，吸收高频谱能量，提高供电质量等各项技术融于一体，均纳入智能程控，做得恰到好处，准确无误。

主要功能：确保三相异步电动机“安全经济运行”获得最佳效果，具体体现在如下方面。

1、增效、节能；改善低压电网供电质量以及提高电力的传输能力；改善设备的有效利用率及增强设备的能力。

2、综合保护功能：具有缺相保护，过载、过流、过压、欠压保护，极限过、欠压快速保护，根除接触器接电电弧防触点烧蚀保护，起动大电流电表保护，无功准量补偿御除网路袭入过补应机卸脱保护。十项保护功能都精确可靠，有效地避免了各类事故的发生，是安全生产的可靠保障。同时，也有益于电动机及其设备和器件的正常应用，延长其有效“寿命”。

3、起动功能：具有连续可调的Y接（降压软）起动，与△接法直接起动，以及Y/△续进起动等起动方式，三者任选；具有Y形—△形二重起动功能，便利了各种起动程式的需要，改善了电动机的起动性能。

本产品技术原理在于，它将影响电动机实用中远非经济运行的多种因素反透出来的——可以实现电动机增效、节能的诸种技术途径都统筹一簇，综合为提高电力效能的“电动机节能控制”，以及综合保护功能，起动功能等融于一体，均纳入智能程控。这是导致本项产品具有各项完善的功能和良好性能的技术基础。

本产品实施的增效、节电主要技术途径有三：其一是对电动机与电网“全息取样——准负荷跟踪——参量变换——智能识别——全自动控制实现动态Y/△双向转换”，它使得电动机在轻载时自身的效率大幅度提高；即是在空、轻载时耗电量大幅度减少；其二是对授控电动机进行单机就地无功全补偿，采用“动态投切——准量补偿——二重调节的全自动补偿控制技术”，这一补偿把该电动机馈入电网的无功电流抵偿到趋近于0，也就是原来由该电动机无功电流在馈电系统上造成的有功线损减少到可以忽略。同时，将单机功率因数提高到趋近于1。其三，本节能保护器，对授控电动机及其供电系统随时都进行着全方位的监控，对存在与发生的各种不利电动机安全经济的运行的参量（如携于供电的高次谐波，可控硅涉入电网的高频谱的脉冲等）都会随机及时调整与排除，同时将串入电网的无功能量、高次谐波以及高频谱的各种杂波的能量诸聚储存，都变换成为电源基波可携纳的工频电能再回还给电网与电源同步供给电动机化为有意贡献。这一化害为益对改善电动机的安全经济运行具有增效与节电双重的作用。

主要创新点

1、 解析电动机的“本征特性”，明析了电动机及其工作系统节电技术研究的基本内涵。 额定效率与实际效率，二者都是在不同条件下电动机运行的“本征特性”。因为：（1）电动机额定效率是在规定的“额定条件”（包括额定负载）下测试的，非额定条件下其效率降低这是必然的。（2）电动机是电网的感性负载，它是低压电力系统中基本的感性无功源，

电动机运行必然会给电网倒输感性无功。这一无功电能是取之于电网的有功电力，枢动电动机运行中而转化为无功，再回输给电网，以3（I×R)的热当量的形式消耗在工作系统中，给整个系统造害。感性负载在交流电路中的自感电动势使电压波形畸变；无功电流汇入电网使电流波形相位移，它是低压电力系统的谐波污染源。因此，电动机介入低压电力系统它是系统中重要“元素”，必须从多个角度来剖析它的作用。

2、 实现动态Y/△双向转换，破解了三相异步电动机节能的世界百年难题。

通过对电动机与电网“全息取样——准负荷跟踪——参量变换——智能识别—实现全自动控制实现动态Y/△双向转换”，解决了电动机在负载变化过程中完全实现动态智能化控制，使电动机在轻载时自身的效率大幅度提高；即是在空、轻载时耗电量大幅度减少；彻底解决了电动机普遍存在的“大马拉小车”情况，使电动机效率大幅度提高。

3、采用“动态投切、准量补偿、二重调节的全自动补偿控制技术，实现就地无功准量补偿。

采用“动态投切——准量补偿——二重调节的全自动补偿控制技术”，这一补偿把该电动机馈入电网的无功电流抵偿到趋近于0，也就是原来由该电动机无功电流在馈电系统上造成的有功线损减少到可以忽略。同时，将单机功率因数提高到趋近于1。电容补偿方式很多，交流电动机就地无功补偿是让供电部门和电力用户双收益的最佳补偿方式。但也是实施技术难度最高的,如：电动机的就地全无功补偿的准量控制，尤其是电动机Y/△两种运行方式下，动态转换时补偿量的跟随，以及如何御除集中补偿袭入过补量的骚扰等等，仍是当今科技界技术攻关的课题。该产品完全实现了就地无功准量补偿。

4、采用磁力定位，旋转光栏调制，光电探测，可靠抑制“发电机效应”自动控制： 通过采用磁力定位，旋转光栏调制，光电探测，获取“发电机效应”本征信息，全自动控制对电动机三相电源，即行通断”，可靠地抑制了“发电机效应”的发生。控制系统响应度小于10ms。

三相异步电动机其定子旋转磁场的转动速率是每分钟（50×60×2/极数）转。转子受到旋转磁场的牵引而转动，其转速稳定在一个略低于旋转磁场转速的“额定转数”正常运行。在特种工况中，当受到负载惯量顺势拖动的情况下，则转子的转速会超过旋转磁场转速，使电动机进驻“发电机效应”非正常运行。电动机“发电机效应”产生的电力，其频率、电压都不稳定，电压、电流的相位与供电原方的相位是相反的。严重损坏供电质量，造成电力的浪费。该技术可靠的抑制了“发电机效应”。

5、消除电网的谐波，减轻或排除电网系统的电力污染起到良好的作用：电网谐波是电动机及其工作系统中不容忽视的“害马”。电动机“额定功率”是表征电动机个体特性的一项指标，然而在电力系统中它是一个产生多种作用的重要器件。感性负载在交流电路中的自感电动势使电压波形畸变；无功电流汇入电网使电流波形相位移，它是低压电力系统的谐波污2

染源。因此，电动机介入低压电力系统它是系统中重要“元素”，必须从多个角度来剖析它的作用。

6、多项保护功能融于一体的综合保护技术，提高电动机的安全经济运行具有增效与节电双重的作用，使电动机运行更加安全可靠、使用寿命延长。

对授控电动机及其供电系统随时都进行着全方位的监控，对存在与发生的各种不利电动机安全经济的运行的参量（如携于供电的高次谐波，可控硅涉入电网的高频谱的脉冲等）都会随机及时调整与排除，同时将串入电网的无功能量、高次谐波以及高频谱的各种杂波的能量诸聚储存，都变换成为电源基波可携纳的工频电能再回还给电网与电源同步供给电动机化为有意贡献。这一化害为益对改善电动机的安全经济运行具有增效与节电双重的作用，使电动机运行更加安全可靠、使用寿命延长。

7、一体化智能结构设计，提高系统整体性能。

为了保障产品功能与性能的同一性和可靠性，以及大批量生产的规范性。本控制器的主控电路已制成型号为KDJN-9906的专用集成电路芯片，各分项的控制电路都制成了型号为KDJN-9906.(1、2、3、4、5)五种专用集成电路芯片

电动机经济运行控制器采用了一种多选项即定功能的控制装置，其整体技术原理可以归纳为：多元探测----全息取样-----参数变换----智能识别-----指令控制的信控技术，分为五项前置控制组件融于一体，汇集于中央控制体系，构成一个全功能的控制系统。实现了在低压电力系统中电力托动领域与三相异步电动机单机配套。使电动机及其工作系统纳入智能自动控制，实现其最佳经济运行。

小结：“电动机及其工作系统经济运行”它含盖了电动机应用技术领域“多项长期来难求甚解的课题。至今，我们仍然尚未发现国内外曾有类似突破性成果的报导。2008年12月份在陕西省科学技术信息研究所科技查新中心做的最新《查新报告》证实了该项成果的创新性、先进性、以及功有与作用等诸方面，同本领域的相关技术相比较，它都居领先地位。根据电力部门关于国电力的生产与销售的情况所统计的数值，我们作如下估量：如果能将目前在15千瓦以上三相异步电动机的一半配置该控制器，那么，每年节电将不会少于1000亿KWh，这一数值已超过长江三峡电站设计年总发电量846.8亿KWh.按用户平均电价：0.5元/度，其节电经济价值就是500亿元，该节电效果相当于节约了5856万吨原煤，或2928万吨原油。

（4） 主要技术参数指标

1环境适应性

①环境温度：-10℃～+40℃ （高寒型的为-30℃～+50℃）

②相对湿度：在温度在+40℃时，则不超过50%，在温度为+25℃以下，则可为90% ③工作环境的周围与空间，无爆炸性粉尘，以及强腐蚀性气体

④本项目电动机经济运行控制器，其整机的作用是提高了“电力效能”，同时起到了增效和节电的双重效果。不过在电力传动设备的固定负荷它体现为高效节电；在电力拖动设备弹性负荷时主要体现为增效。