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在矿山电动机械设备中，经常存在电动机长期“大马拉小车”和变载运行中的长期空载，造成电能的有功和无功严重损耗。为此，近几年市场上研制生产了各種节电装置，但功能单一，保护功能少。且许多不能与电动机起动装置结合在一起，限制了其应用。JN-1高效节电器克服了上述缺陷，它集节电、恒流软起动、软停止、过载、缺相、过流、超温、欠压等保护功能于一体，采用无触点电子开关，取代了降压起动柜及接触器，降低了一次性投资和日常维护费用，使该产品具有其它节电装置无可比拟的优点。
一、电动机节电途径及原理分析
（一）节电原理分析
电动机负载转矩：M=CM?准MI′2（1）
转子铜损Ptg2=3I′2R2（2）
定子电流I1=I0+（-I2）（3）
式中：I2-转子绕组相电阻、I0--励磁空载电流。I1-定子负载电流
电动机在轻(空)载时，静态转矩Mjt=m≈0，则转子电流I2’及铜损Ptg2是很小的，且转差率趋近0，功率因数，则式中：X2-转子静止时，转事绕组漏磁阻抗。由（3）式知，在定子电流的两个分量（I0）和（I2）中，此时I0起主异作用。所以在电动机端电压U1降低时，定子电流I1会随着I0减小而减小，可知，即定子功率因数得以提高，同时减小，使铁芯损失减少，效率则会提高。
由上述分析可知电动机在轻（空）载时，降低其端电压，会提高其效率，具有较好的节电效果。
（二）节电实例分析
一台电动机在额定负载时，其定事绕组为“△”形联接，在其轻（空）载时，改为“Y”形联接时，节电效果分析如下：JO2-52-4三相异步电动机有关数据如下e=10kW，Ve=380v，Ne=1452转/分，r1=1.33/sh，x1=2.43/sh，r2=1.12/相，x2=4.4/相，x0=90/相，当Mfz=0.1Me时，设A、B相间电压：
（1）当定子绕组“△”接法时，我们取定子的A相绕组分析。额定负载时的转差率：机械特性曲线并非一条直线，但在曲线0~0.7ML的压间内，特性十分接近于直线，而我们分析的正是电动机处在0.7ML以下轻载时，所以可以将这段曲线直线化。
负载支路阻抗
励磁支路阻抗
①转子电流；②励磁电流；③定子电流；④定子线电流有效值；⑤定子功率因数；⑥定子输入功率；⑦效率。
（2）当定子线圈改为“Y”形接法时：①转子电流；②励磁电流；③定子电流；④定子功率因数；⑤定子输入功率；⑥效率。
由以上可知：电动机在Mfz=0.1Me时，定子绕组由“△”形改为“Y”联接后，由0.2996提高到0.634，效率由66.7%提高到79.7%。如每天轻载20小时，每年按300个工作日，则每年节约电能A=（1.514-1.255）x20x300=1554度
二、节电器的工作原理
（一）JN-1节电器的节电原理
JN-1节电器以电动机的工作电流和电压作为取样对象，自动跟踪、监测电机负载的变化，动态调整电机的供电电压，使产生磁场的能量与转矩的需求精确匹配。在电动机轻载情况下，将电机的端电压自动降至最低需求，而电动机转速保持恒定，降低了有功和无功损耗，提高了功率因数，达到了节能的目的。对经常处于低负载以及负载变化较频繁的电动机，节电效果更加显著，其最高节电效果可达损耗的40%。
节电器通过自动跟踪检测电机运行电压和电流的相位，根据相位分析电机负载状态，自动调整电机运行电压，使电机磁通量有效配合电机负载转矩，有效降低电机无功损耗、有功损耗励磁损耗，提高电机工作效率，达到节能降耗目的。三相异步电动机运行时，必须消耗一定能量的激磁功率，通常运行的电机，其工作电压变动很小，不管电机负载如何，激磁电流大小不变，这样电机在轻载和空载时，功率因数则很低，节电器通过改变电机定子线圈电压，激磁电流适应电机的负载，自动跟踪，自动调整，使电机始终保持较高的功率因数。
（二）节电器的保护功能
JN-1节电器其除具有节电功能外，还具有：1、恒流软起动。起动电压在0—380V间，起动电流在（1—7）Ie间，连续可调，设定后保持恒定，自动切换运行。2、缺相保护：当电机电压缺相或三相电流严重不平衡时，保护电路动作，自动切断电机电源，同时缺相指示灯亮，发出报警号，当故障排除后，方可重新启动。3、过载保护：当电机工作电流超出额定值1.2—1.5倍时，（通过电位器设定），过载指示灯亮，同时通过延时电路（可设定5—45秒），使保护电路动作，自动关断晶闸管，达到保护电机的目的。4、过热保护：当晶闸管工作温度超过规定值（一般设定在85℃以下）时，温度继电器动作，并关断晶闸管，实现双重保护。
三、节电器的调节原理
本文以11kW电动机的调节为例来探讨节电器的调节原理。
（一）起动调节
根据电机工作情况，顺时针方向缓慢调节主控板上电位器Rw1(即W253)，使起动电流缓慢变化，电机加速至正常运转，左右调节，适当设定，使起动时间在10秒内为宜，在负载要求的范围内，应尽可能将起动电流调低。
（二）节电率调节
1、逆时针方向缓慢调节主控板上电位器Rw2，当电流和电压均下降至某个数值后，便稍停片刻。稳定后记下这一数值作为设定电流电压值。2、重新起动电机，顺时针方向调节电位器Rw3，使电压值略高于Rw2所设定的参数值。
（三）响应速度调节
顺时针方向缓慢调节Rw4，当电压升至全压（380V），立即反向调节1~2圈，使电流、电压回至原设定数值并稳定运行。
总之，JN-1节电器装置节电效果显著，空载时，可将空载起动电流下降70%以上，使输入功率降低70%左右，空载运行功率降低47.6%，空载节电达50%以上，最高可达68%。特别是对那些经常处于低负载以及负载变化较频繁的电动机，平均节电率在(16~40)%，提高了功率因数，降低了电网线损及变压器的铜损，不失为一种较理想的电机节电、起动综合装置。
（作者单位：双鸭山矿业集团机电装备部）
一、电动机节电途径及原理分析
（一）节电原理分析
电动机负载转矩：M=CM?准MI′2（1）
转子铜损Ptg2=3I′2R2（2）
定子电流I1=I0+（-I2）（3）
式中：I2-转子绕组相电阻、I0--励磁空载电流。I1-定子负载电流
电动机在轻(空)载时，静态转矩Mjt=m≈0，则转子电流I2’及铜损Ptg2是很小的，且转差率趋近0，功率因数，则式中：X2-转子静止时，转事绕组漏磁阻抗。由（3）式知，在定子电流的两个分量（I0）和（I2）中，此时I0起主异作用。所以在电动机端电压U1降低时，定子电流I1会随着I0减小而减小，可知，即定子功率因数得以提高，同时减小，使铁芯损失减少，效率则会提高。
由上述分析可知电动机在轻（空）载时，降低其端电压，会提高其效率，具有较好的节电效果。
（二）节电实例分析
一台电动机在额定负载时，其定事绕组为“△”形联接，在其轻（空）载时，改为“Y”形联接时，节电效果分析如下：JO2-52-4三相异步电动机有关数据如下e=10kW，Ve=380v，Ne=1452转/分，r1=1.33/sh，x1=2.43/sh，r2=1.12/相，x2=4.4/相，x0=90/相，当Mfz=0.1Me时，设A、B相间电压：
（1）当定子绕组“△”接法时，我们取定子的A相绕组分析。额定负载时的转差率：机械特性曲线并非一条直线，但在曲线0~0.7ML的压间内，特性十分接近于直线，而我们分析的正是电动机处在0.7ML以下轻载时，所以可以将这段曲线直线化。
负载支路阻抗
励磁支路阻抗
①转子电流；②励磁电流；③定子电流；④定子线电流有效值；⑤定子功率因数；⑥定子输入功率；⑦效率。
（2）当定子线圈改为“Y”形接法时：①转子电流；②励磁电流；③定子电流；④定子功率因数；⑤定子输入功率；⑥效率。
由以上可知：电动机在Mfz=0.1Me时，定子绕组由“△”形改为“Y”联接后，由0.2996提高到0.634，效率由66.7%提高到79.7%。如每天轻载20小时，每年按300个工作日，则每年节约电能A=（1.514-1.255）x20x300=1554度
二、节电器的工作原理
（一）JN-1节电器的节电原理
JN-1节电器以电动机的工作电流和电压作为取样对象，自动跟踪、监测电机负载的变化，动态调整电机的供电电压，使产生磁场的能量与转矩的需求精确匹配。在电动机轻载情况下，将电机的端电压自动降至最低需求，而电动机转速保持恒定，降低了有功和无功损耗，提高了功率因数，达到了节能的目的。对经常处于低负载以及负载变化较频繁的电动机，节电效果更加显著，其最高节电效果可达损耗的40%。
节电器通过自动跟踪检测电机运行电压和电流的相位，根据相位分析电机负载状态，自动调整电机运行电压，使电机磁通量有效配合电机负载转矩，有效降低电机无功损耗、有功损耗励磁损耗，提高电机工作效率，达到节能降耗目的。三相异步电动机运行时，必须消耗一定能量的激磁功率，通常运行的电机，其工作电压变动很小，不管电机负载如何，激磁电流大小不变，这样电机在轻载和空载时，功率因数则很低，节电器通过改变电机定子线圈电压，激磁电流适应电机的负载，自动跟踪，自动调整，使电机始终保持较高的功率因数。
（二）节电器的保护功能
JN-1节电器其除具有节电功能外，还具有：1、恒流软起动。起动电压在0—380V间，起动电流在（1—7）Ie间，连续可调，设定后保持恒定，自动切换运行。2、缺相保护：当电机电压缺相或三相电流严重不平衡时，保护电路动作，自动切断电机电源，同时缺相指示灯亮，发出报警号，当故障排除后，方可重新启动。3、过载保护：当电机工作电流超出额定值1.2—1.5倍时，（通过电位器设定），过载指示灯亮，同时通过延时电路（可设定5—45秒），使保护电路动作，自动关断晶闸管，达到保护电机的目的。4、过热保护：当晶闸管工作温度超过规定值（一般设定在85℃以下）时，温度继电器动作，并关断晶闸管，实现双重保护。
三、节电器的调节原理
本文以11kW电动机的调节为例来探讨节电器的调节原理。
（一）起动调节
根据电机工作情况，顺时针方向缓慢调节主控板上电位器Rw1(即W253)，使起动电流缓慢变化，电机加速至正常运转，左右调节，适当设定，使起动时间在10秒内为宜，在负载要求的范围内，应尽可能将起动电流调低。
（二）节电率调节
1、逆时针方向缓慢调节主控板上电位器Rw2，当电流和电压均下降至某个数值后，便稍停片刻。稳定后记下这一数值作为设定电流电压值。2、重新起动电机，顺时针方向调节电位器Rw3，使电压值略高于Rw2所设定的参数值。
（三）响应速度调节
顺时针方向缓慢调节Rw4，当电压升至全压（380V），立即反向调节1~2圈，使电流、电压回至原设定数值并稳定运行。
总之，JN-1节电器装置节电效果显著，空载时，可将空载起动电流下降70%以上，使输入功率降低70%左右，空载运行功率降低47.6%，空载节电达50%以上，最高可达68%。特别是对那些经常处于低负载以及负载变化较频繁的电动机，平均节电率在(16~40)%，提高了功率因数，降低了电网线损及变压器的铜损，不失为一种较理想的电机节电、起动综合装置。
（作者单位：双鸭山矿业集团机电装备部）