专利名称：一种笼型感应电动机轻载节电运行及软起动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及笼型感应电动机节电领域，具体涉及一种笼型 感应电动机轻载节电运行及软起动装置，特别是其主回路执行环节。
技术背景 ，
尽管笼型感应电动机标称的额定效率可达到92%，大型的甚至可 以达到96%以上，但对实际大量正在运行的电动机来说，由于工程设 计人员及使用者考虑了一定的裕度，安全系数和实际负载的变化幅 度，其使用的负载率往往很低，可能是80% 30%，甚至更低。根据 这种实际工作状态，考虑到电动机轻载时低功率因数运行，大量无 功传输所造成的线路损耗，这使得电动机实际运行的综合效率可能 只有80%甚至更低。基于我国交流电动机总装机容量已达到5. 8亿千 瓦，占全国总用电的60% 70%，因此提高电动机的实际运行效率， 降低电动机的综合能量消耗已被公认为我国节能，降耗，减排，实 施低碳经济，创建绿色环境之必需。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种笼型感应电动机轻载节电运行 及软起动装置，能够减少电能的综合消耗，降低该类电动机起动电 流对电网的冲击。
为了实现这一目的，本实用新型的技术方案如下 一种笼型感
应电动机轻载节电运行及软起动装置，该笼型感应电动机包括定子 线圈，其特征在于该笼型感应电动机定子线圈的输入端通过变压器 的次级线圈与调压器连接，变压器的初级线圈与调压器的输出端连 接，调压器的输入端与电网连接。根据本实用新型的一个实施例， 调压器设有输入端，可调电压输出端，固定电压输出端，该调压器
3的输入端与电网连接，该调压器的固定输出端与变压器次级线圈的 一端连接，变压器次级线圈的另一端与笼型感应电动机定子线圈连 接，调压器的可调电压输出端与变压器的初级线圈连接。该调压器 设有电压调节电刷，该电压调节电刷与调压器的可调电压输出端连 接，该电压调节电刷与电刷驱动机构机械连接，电刷驱动机构与调 压器伺服电动机连接，调压器伺服电动机与控制器连接。
本实用新型主要应用变压器和调压器的第n象限运行方式，使
串联在电动机定子线圈中的变压器的次级线圈在起到电抗降压作用 的同时又利用这反感性电流(相当的容性电流)将无功功率回馈给 电网，自行功率因数补偿，从而在保持需要的输出功率不变的状态 下，降低电动机综合能量消耗的目的。上述功效对起动状态同样有 效，因而，这降低输入电流的功能又起到了降低起动电流的作用， 从而减少了电动机起动电流对电网的冲击。本实用新型实施上述功 能时，其主回路器件调压器，变压器全工作在线性状态，因此不会 象采用晶闸管类的电力电子装置那样造成电源波形畸变，也不会给 电网点来任何污染。它不会干扰其它电子及电气设备，也不会受其 它电子及电气设备的干扰。
图1为本实用新型的电路图具体实施方式
图1中示出了适用于电动机负载率3从轻载到额定，要求无级 平滑连续变化的负载性质的电动机轻载节电运行及软起动装置的主 回路电路图。因该装置三相电路完全相同，因此图中仅以一相示例。 这里3 =" 1，式中Po为起始负载率，它的范围为0<6()<1。
主回路中包含了调压器T，变压器B，调压器伺服电动机SM，电刷 驱动机构DR以及被控电动机M。
图示的调压器T为三相调压器，图中仅示出了一相，其中电源 输入端A，固定电压输出端al，可调电压输出端a，和中性点N，图示的变压器B为三相变压器，图中仅示出了一相，其中输入端为
a'和N'，输入端a'与调压器T的可调电压输出端a连接，输入 端N'与调压器T的中性点N连接。变压器B的输出端为al'和U'， 其中输出端al'与固定电压输出端al连接，输出端U'与被控笼型 感应电动机M的输入端U连接，图中电刷驱动机构DR和调压器伺 服电动机SM将接受来自控制器C的信号，实施调节功能。
当被控笼型感应电动机带有不同负载率e时，通过调节调压器 T使得变压器B得到大小不同的与电源相位反向的电压。从而使被 控笼型感应电动机M得到一个适当降低的电压，该电压与额定电压 之比为降压率UD (0<UD<1， UD=1为电动机额定电压)，使得电 动机运行在较高的功率因数状态。此时，变压器虽然吸取了无功； 但由于变压器B处第II象限运行，它流过了一个反电感电流，此电 流将吸取的能量通过同样处第II象限运行的调压器T，除了它们本 身的消耗，几乎100%回馈给电流。尽管此时电动机实际流过的负载 电流为ID二PI，/UD，但由于能量回馈的作用，主回路向电网索取的 电流仅为负载率e与电流额定电流lDN的乘积，即110=81丽。从而 明显降低了向电网索取的视在功率，提高了电动机的功率因数，提 高了电动机运行时的综合效率，降低了电动机运行时的综合损耗， 达到了节能的效果。这里的综合损耗和综合效率都计入了电动机无 功在各级输配电线路上的损耗。
当被控电动机启动时，同样由于调压器T和变压器B的第II象 限运行，尽管因降压率为UD，电动机实际启动电流Ios已降低了UD 倍，即IDS=UDIS (Is为电动机标称的起动电流)，但此时从电网索 取的起动电流fe仅为IIS=UD2IS。该第II象限能量回馈作用以UD2 的力度，降低了起动电流对电网的冲击。只要保持Ud2/3》1，也就 是只要Ud》V P ，实际此时的起动力矩与此时负载阻力矩之比将大 于额定状态下堵转起动力矩与额定负载阻力矩之比，说明足能保障 此负载率3与此降压率UD状态下电动机起动成功。下面以一实施例的相关参数来说明本实用新型的轻载运行节能 数据及起动时减少对电网冲击的效果。
取上海电机厂Y355L2—4三相笼型电动机基本参数如下额定 功率PN二315KW，-额定电压UN二380V，额定电流Iw二545A，同步转 速为1500转，电动机额定效率ilN二96. 1%，额定功率因数cos4)N =0. 915，起动电流为Is = 6. 55*IN，起动转矩为额定转矩的2. 39倍， 空载损耗P。二5.9KW，空载电流I。二118A，机械损耗P&二2.4KW，考 虑此属低压电机，无功经济当量为0.09。
由上述基本参数，在施加额定电压并带上负载率3 二0.2 0.7 时，可求得电动机的实际负载功率P2、功率因数cos4)、总损耗AP，
考虑无功线路损耗后的综合损耗E AP， E AP占总有功的百分比i: AP^和电动机综合效率n %值如性能数据表上半段所示。同样此电 动机在采用本实用新型的轻载节电运行及软起动装置降压措施，用 变压器第n象限无功回馈后，可得到与上对应的cos d) ' ， AP'， EAP' ， EAP' %及11' %如表中下半段数据所示。由性能数据 表可见，采用本实用新型后，不仅电动机功率因数和效率提高，且 使损耗明显降低，此效果在越是轻载，e越低，越是突出。
这里以3=0.4为例，由表上下半段对比，采用本实用新型的表 下半段的综合总损耗百分比为9.2%，比较采取措施前的上半段10.8 %，综合总损耗的百分比下降了 1.6。％。我国目前电动机装机容量为 5.8亿千瓦，其中交流异步电动机以80%计，其中50%处轻载，且 15%用上本实用新型，且按每年工作4000小时，则省下的电能为
5.8亿KW*0.8*0.5*0.15*0.016*4000=22.27亿KWh
可见，仅此一项措施的节能数量已占我国"十一五"计划数年 节能量200亿KWh的1/10以上。
同样以e =0.4对起动时减少对电网冲击作一数据说明，同样由 于本实用新型的第n象限返能作用，此时的110=0.75，可求得电动 机实际起动电流为IDS=UD*IS*INK). 75*6. 55*545=2677A，然而此时向电网索取的起动电流为IIS=UD2ISIN=2008A，可见二者之差为670A。 如以额定电压起动，则电网要承受13=6. 55求545二3570A的冲击。现 在2008A仅为3570A的56X，明显减少了起动时对电网的冲击。然 而此时的起动力矩为额定力矩的UD2*2. 39 = 1. 344倍，此时负载阻 力矩为额定力矩的0.4倍，因此此时的起动力矩为负载阻力矩的 3.36倍，起动成功是毫无疑问的。
数据性能表
0.20.30.40.50.60.7
P"KW)6394.5126157.5189220.5
cos 4>0.5630.770.8330.86840.88840.9
AP(KW)6.1766.5217,07.6258.3849.281
E AP(KW)13.714.32115.216.32517.7019.30
￡ AP%17.9%13.2%10.8%9.4%8.6%8%
82.1%86.8%89.2%90.6%91.4%92%
uD0.530.650.750.8420.9210,995
cos 4>'0.9750.9520.9340,9230.9230.916
△ P' (KW)4.35365.336.3077.2838.269.24
E AP' (KW)8.4410,7012.6514.917.018.5
￡ AP' %11.8%11%9.2%8.7%8.8%7.7%
V %88.2%89%90.8%91.3%91.7%92.3%
关于电刷驱动机构DR、调压器伺服电动机SM和控制器C均属 现有技术，用于调节电刷位置，当然也可用手动调节电刷位置。
权利要求1、一种笼型感应电动机轻载节电运行及软起动装置，该笼型感应电动机包括定子线圈，其特征在于该笼型感应电动机定子线圈的输入端通过变压器的次级线圈与调压器连接，变压器的初级线圈与调压器的输出端连接，调压器的输入端与电网连接。
2、 如权利要求l所述的笼型感应电动机轻载节电运行及软起动装置，其特征在于调压器设有输入端，可调电压输出端，固定电压输出端，该调压器的输入端与电网连接，该调压器的固定输出端与变压器次级线圈的一端连接，变压器次级线圈的另一端与笼型感应电动机定子线圈连接，调压器的可调电压输出端与变压器的初级线圈连接。
3、 如权利要求2所述的笼型感应电动机轻载节电运行及软起动装置，其特征在于该调压器设有电压调节电刷，该电压调节电刷与调压器的可调电压输出端连接，该电压调节电刷与电刷驱动机构机械连接，电刷驱动机构与调压器伺服电动机连接，调压器伺服电动机与控制器连接。
专利摘要本实用新型公开了一种笼型感应电动机轻载节电运行及软起动装置，其特征在于该笼型感应电动机定子线圈的输入端通过变压器的次级线圈与调压器连接，变压器的初级线圈与调压器的输出端连接，调压器的输入端与电网连接。本实用新型主要应用变压器和调压器的第II象限运行方式，使串联在电动机定子线圈中的变压器的次级线圈在起到电抗降压作用的同时又利用这反感性电流将无功功率回馈给电网，自行功率因数补偿，从而在保持需要的输出功率不变的状态下，降低电动机综合能量消耗的目的。上述功效对起动状态同样有效，因而，这降低输入电流的功能又起到了降低起动电流的作用，从而减少了电动机起动电流对电网的冲击。
文档编号H02P23/02GK201266901SQ20082015327
公开日2009年7月1日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者昊 王, 蒋光祖 申请人:蒋光祖;王 昊