針對交流繞線式異步電機(jī)的無功補(bǔ)償方式主要有兩種:1)電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器;2)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相裝置。電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器只能補(bǔ)償線路無功功率,不能降低電機(jī)定子電流;尤其是對高壓電容器的安裝場所、控制方式都有特殊要求,其投資往往高于一般進(jìn)相裝置。原有的串接于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相裝置是一種整流子旋轉(zhuǎn)電機(jī),特別怕塵埃,使用壽命短,且規(guī)格少,難以與異步電機(jī)達(dá)到最佳匹配。靜止進(jìn)相器是在上述兩種無功補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型節(jié)能裝置。靜止進(jìn)相器它串接于交流繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路,用以提高電動機(jī)的功率因數(shù),發(fā)揮現(xiàn)有供電設(shè)備的供電潛力,降低電力損耗,從而達(dá)到節(jié)能目的,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，它采用了變頻技術(shù),具有參數(shù)調(diào)節(jié)容易,不怕塵埃,使用壽命長,維護(hù)方便等特點(diǎn)。

1 進(jìn)相器工作原理

靜止進(jìn)相器采用變頻技術(shù),將單相380V交流電,通過12只晶閘管和6只平衡電抗器,變換成與電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率相同(f1·S≈1Hz)的三相交流電。該電流通入轉(zhuǎn)子回路,從而在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生一個超前于轉(zhuǎn)子電勢近90°的附加電勢Ek,進(jìn)而改善電機(jī)的功率因數(shù)。Ek的大小取決于變頻器電源U2的大小和晶閘管觸發(fā)角的大小。從系統(tǒng)框圖(圖1)看,采樣信號回路根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流信號和附加電勢信號進(jìn)行處理,把結(jié)果送給邏輯判別回路;邏輯判別回路根據(jù)保護(hù)指令控制觸發(fā)器,觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)角,從而在轉(zhuǎn)子回路得到一個附加激磁電流í′mo為了保持í1+í2=ím不變,í2增加,í1就要減少;所以可降低定子電流,減小功率因數(shù)角φ1,提高功率因數(shù)cosφ1(見圖2),由于保持勵磁電流ím不變、轉(zhuǎn)差率不變,進(jìn)而保證電機(jī)出軸力矩不變、電機(jī)轉(zhuǎn)速不變。





 





 

圖2 電動機(jī)相量圖

ím.激磁電流;í1、ù1.定子電流、電壓;í2.轉(zhuǎn)子側(cè)折算到定子側(cè)電流;φ1.功率因數(shù)角

隨著補(bǔ)償電壓的逐步升高,定子側(cè)的無功功率逐漸下降,功率因數(shù)逐步上升,定子電流逐漸減小。當(dāng)補(bǔ)償電壓升高到一定值后,定子側(cè)的無功功率減小到接近于零,功率因數(shù)上升到近似于1(見圖3)。





 

圖3 補(bǔ)償后電機(jī)特性曲線

P1:有功功率;n:電機(jī)轉(zhuǎn)速;cosφ1:功率因數(shù);I1:定子電流;P1:無功功率

2 進(jìn)相器應(yīng)用實(shí)例

我廠1臺水泥球磨機(jī)電機(jī)型號為JRQ138-8,電機(jī)功率380kW。本系統(tǒng)由于力率低,每月要被電力部門罰款五千多元。1998年9月,經(jīng)過充分論證后,選用HF系列靜止進(jìn)相器。三種無功就地補(bǔ)償裝置選擇比較見表1。





 

表1 無功功率就地補(bǔ)償裝置選擇比較

2.1 進(jìn)相器安裝調(diào)試

為了使電機(jī)轉(zhuǎn)子接線盡量短些,應(yīng)將進(jìn)相器裝于離電機(jī)近且通風(fēng)防塵的地方,按電氣聯(lián)鎖信號接線圖(圖4)接線。該進(jìn)相器出廠時(shí)就已將觸發(fā)板調(diào)好、脈沖邏輯已固化,現(xiàn)場只需調(diào)節(jié)變壓器TS二次抽頭(共有六組接線),以改變變頻器輸入電壓U2大小,進(jìn)而改變電機(jī)無功功率的幅度,以達(dá)到提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的,故本系統(tǒng)安裝調(diào)試較容易。





 

圖4 電機(jī)電氣控制線路簡圖

注:虛框內(nèi)為進(jìn)相器柜中元件,L、N為圖中變頻主回路

2.2 聯(lián)鎖回路

1)將電機(jī)轉(zhuǎn)子短接接觸器2KM的一常開輔助觸點(diǎn)串入進(jìn)相器控制回路,以保證只有在電機(jī)起動完畢后才能投入進(jìn)相器。

2)進(jìn)相器電源控制開關(guān)SQF的一常開觸點(diǎn),串入電機(jī)控制回路,以免出現(xiàn)進(jìn)相器控制電源斷電,即1C失電的情況下,起動電機(jī),造成轉(zhuǎn)子開路運(yùn)行的嚴(yán)重后果。

3)若進(jìn)相器主電源失電(如FU熔絲熔斷),KA繼電器失電,KA常閉觸點(diǎn)(15、12)閉合,1C得電,轉(zhuǎn)子回路被短接。

4)SSR為固態(tài)繼電器,其輸入端為觸發(fā)板信號,若觸發(fā)回路出故障,將斷開SSR,進(jìn)相器退出運(yùn)行。

為了避免電機(jī)轉(zhuǎn)子開路,特別是轉(zhuǎn)子開路狀態(tài)下起動電機(jī),要做到進(jìn)相器失電時(shí),運(yùn)行著的電機(jī)要能立即停機(jī),停止的電機(jī)則不能啟動開機(jī)。除采取圖4進(jìn)相器和電機(jī)控制電路互相聯(lián)鎖外,筆者認(rèn)為還應(yīng)將進(jìn)相器與電機(jī)共用同一控制電源,確保電機(jī)安全。

2.3 應(yīng)用效果

應(yīng)用效果見表2。





 

注:本表是根據(jù)GB12497-95的要求,用三相電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行測試儀測量的計(jì)算值。

本系統(tǒng)月均力率由進(jìn)相器投入前的85%,提高到93%;平均每月電費(fèi)按20萬元計(jì)算,力率按90%考核,投入后力率電費(fèi)實(shí)際減少5900元。僅以力率電費(fèi)計(jì)算投資回收期只有6.5個月。若計(jì)算線損、電機(jī)繞組損耗的下降,投資回收期還會更短;此外還可以通過增加磨機(jī)裝球量,增加磨機(jī)臺時(shí)產(chǎn)量,進(jìn)一步降低水泥的單位電耗,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 進(jìn)相器應(yīng)用總結(jié)

靜止進(jìn)相器具有投資省、回收快、安裝維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn),特別適用于水泥行業(yè)球磨機(jī)、風(fēng)機(jī)等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,節(jié)能效果顯著。但商家只采用開環(huán)控制,使進(jìn)相器在變負(fù)荷電機(jī)中難以應(yīng)用,這樣就削弱了變頻技術(shù)的優(yōu)勢,限制其推廣應(yīng)用范圍。