變負載進相器工作原理及應用.進相器的應用范圍極為廣泛，在水泥、建材、化工、木業、糖業、鋼鐵、冶金、礦山等行業中用作各種恒負載或突變式負載的繞線式異步電機的無功就地補償設備，如：◆球磨機◆風機◆壓榨機◆破碎機◆壓縮機◆軋鋼機◆撕解機◆熱磨機
本文著重介紹ZVP變負載進相器成功解決了水泥、建材、化工等行業突變式負載工況下的繞線電機就地補償難的問題，分析了ZVP變負載進相器的工作原理、性能特點，并列舉了LVP變負載進相器在水泥行業的典型應用實例。
1 引言
工業行業的用電設備如破碎機、球磨機、輥壓機和風機等大型用電設備能耗高，而在運行中功率因數過低，存在大量的無功損耗現象。因此，如何有效減少此類大中型繞線電機造成的無功損耗成為節能降耗的關鍵。尤其是破碎機、輥壓機、熱磨機等這類負載變化幅度大、變化速度快的電機的無功補償更是其中的難點。
目前，國內針對繞線式電機的就地無功功率補償方法主要有三種：電機定子側并聯電容器、電機轉子回路串接旋轉式進相器和電機轉子回路串接靜止進相器等。這三種補償方式主要適用于電機負載基本恒定或緩慢變化的場合，對電機負載轉矩變化劇烈的應用場合，卻不能取得理想的補償效果。而我公司在多年無功功率補償設備生產的經驗基礎上，采用現代微電子技術、交交變頻技術、優化的PID控制策略等先進技術或理論，自主研發的新型LVP變負載進相器，完美解決了突變式負載工況下的繞線電機就地補償難的問題，同時也能夠對緩慢變負載及恒定負載的繞線電機進行有效的就地補償。
2.1 電機定子側并聯電容器
首先，電容補償只是對除電機之外的電網無功進行補償，減少電網上無功傳輸量，而對電機的電流、功率因數等運行參數并無任何改變。其次，由于電容器補償量一般固定不變，即使將電容器分級來改變補償量，也不能滿足功率因數變化頻率高、范圍大、速度快的突變負載電機的補償要求。而且電容的運行受諧波的影響較大，電容器在諧波存在的情況下運行會造成過電流和過負荷，危害電容器的使用壽命。
2.2 電機轉子回路串接旋轉式進相器
旋轉式進相機是旋轉的，它與電機的聯接是通過滑環和碳刷實現的。碳刷怕塵埃，易磨損，壽命短，使旋轉式進相機維修量大，需要備用元件，旋轉式進相機有噪音，會產生火花。旋轉式進相機的補償量是固定的，不能根據電機的運行情況調節。另外，旋轉式進相機一般直接聯接在電機上，如果旋轉式進相機出現故障，會造成電機轉子開路運行或停機，維修只能在停機狀態進行，影響生產的連續性。
2.3 電機轉子回路串接普通靜止進相器
普通靜止進相器無電容器，無轉動部件，不怕灰塵、可靠性高、使用壽命長、維修方便，幾乎沒有聲音，不會產生火花，沒有電容器和旋轉式進相器不足。進相器出現故障后可以自動退出運行，通過轉接裝置將轉子接入起動器，電機可以繼續運行。電機運行時對進相器進行維修，維修好后可以不停機再投入運行，能夠很好的保證生產的連續性。水泥行業的球磨機、風機等繞線電機，正常運行時負載比較穩定，變化幅度不大，對于這類電機，用普通靜止進相器就可以取得很好的補償效果，故普通靜止進相器逐漸被廣大的水泥用戶接受和認可。
但普通靜止進相器由于補償方式比較單一，補償量基本恒定，在水泥行業的主要用電設備的破碎機和輥壓機上使用時，由于破碎機和輥壓機的負載變化幅度大、速度快，容易出現兩種極端現象，要么輕載補償不足，要么重載過補，不能夠進行有效的跟蹤與補償，故達不到很好的補償效果。
2.4 電機轉子回路串接ZVP變負載進相器
LVP變負載進相器除具有普通靜止進相器的全部優點外，另具有普通靜止進相器所不具有的兩大突出特點：
（1）LVP變負載進相器具有雙單片機控制系統，內置多種補償模式，能夠自動跟蹤負載變化情況，根據負載的變化情況自動調節相關參數，使其補償效果無論在何種負載狀況下始終保持在理想的補償狀態，完全滿足負載突變工況下的無功補償要求。
（2）能夠實時檢測電機負載的變化，動態調整附加在轉子上的電動勢幅值，以使電機的功率因數保持在期望值上。因此，LVP變負載進相器在水泥行業破碎機和輥壓機這種變化負載的工況下，使功率因數達到理想的效果，解決了普通靜止進相器在這類變化負載下的補償不夠或過補的缺陷，使水泥行業各類繞線電機得到全面理想的補償。
（3）通過特殊的信號采樣電路，能夠檢測電機輕載情況下的低頻轉子電流信號。
LVP變負載進相器利用現代微電子及大功率開關器件組成交交變頻器，把工頻50Hz的交流電壓變換為與轉子電流頻率相同、相位滯后轉子電流90°的補償電壓作為附加電勢，在電機轉子回路加入該附加電勢來改變繞線電機轉子回路電流和電壓的相位關系，進而改變電機定子電流和電壓的相位關系，達到改變電機功率因數的目的。同時根據電機運行功率因數的大小，實時自動調整附加電勢的幅值，改變轉子電流的大小，以適應負載的變化，達到動態補償功率因數的目的。
從電機學我們知道，激磁電流Im由關系式Im = I1e － I2e，從圖3可得出Im。當變負載進相器的電勢疊加在轉子回路后，轉子電流的相位變為圖3中的I2。由于負載不變，激磁電流Im不變。此時的定子電流I1由關系式I1=Im＋I2從圖3可得出I1，如圖所示。從圖3中可以看出I1的功率因數角和幅值都比I1e小，說明電機的功率因數得到提高，定子電流有所下降。
1）采用先進的交-交變頻技術和微機控制技術,可靠性高。
2）功率因數從0.90～0.99可連續設置，能自動將電機功率因數補償到任一設定值。
3）采用優化的功率因數閉環控制，使動態補償精度達±2%。
4）降低電機定子電流15％～25％，降低線損、銅損20％～40％。
5）電機無功功率降低60%以上。
6）電機的溫升顯著降低，過載能力及效率大為增強。
7）對不同工況的補償適應性強于現有補償裝置。采用優化功率因數閉環控制，動態響應速度快，自動調節補償量，從而克服了其它補償裝置所存在的補償效果隨電機電流的波動或負載變化而變化的不足，其補償精度高、效果好。
8）對不同負載變化響應時間≤2ms。
9）完備的保護功能：輸出失流保護、超溫保護、外部故障輸入保護和轉子缺相保護等。對每種保護均有相應的故障代碼顯示輸出，方便用戶判斷處理。
10）齊全的聯鎖功能：開機聯鎖使條件不具備時，電機不能起動；投入聯鎖使電機沒有起動完畢時，ZVP不能投入；跳閘聯鎖使電機在ZVP出現重大故障時跳閘停機。
11）用戶界面友好，操作方便。結構設計緊湊、占地面積小。安裝、調試及日常維護方便。
12）可廣泛用于冶金、鍛燒、熔融、石油化工、水泥、造紙及制糖等大型高耗能行業的90-21000KW繞線電機，并特別適用于拖動突變式負載的電機。
5 LVP變負載進相器在水泥行業的典型應用實例
新疆某水泥有限責任公司有一臺800KW的高壓電機用在破碎機上，高壓電機參數如下：
型號YRKK630-8 額定功率800KW 額定電壓10KV
額定電流 60A 轉子開路電壓1076.8V 額定功率因數0.81
轉子額定電流445.5A 額定轉速742 r/min
這臺用于破碎機負載的電機，負載變化量大，電機頻繁工作在輕載或者過載兩種極限狀態（空載時的運行電流33A，功率因數為0.5以下，運行電流可到72A，過載量達到20％，功率因數為0.87），存在較大的沖擊性電流，電機的運行工況十分惡劣。
由于電機輕載時功率因數很低，而過載時電機的運行電流超過額定電流較多造成電機的溫度升高，危及電機的可靠性及使用壽命，該水泥公司于2008年7月購買了其他公司的一臺普通靜止進相器，投入使用后發現輕載時功率因數不能提高到0.9以上，而且進相后電流隨負載的變化擺動較大，效果不理想，故使用一段時間后被用戶閑置不用。2009年6月投運了我公司一臺LVP2－800G進相器，編號為20905262。投入進相器之后電機輕載時運行電流由33A降至12A，功率因數從0.5以下提高到0.98，電機帶載時運行電流從72A降至62A，功率因數從0.87提高到0.99，電機溫升下降，無過補或欠補現象存在，使用效益十分顯著，用戶非常滿意。
結束語
對于水泥行業來說，球磨機、風機這類負載平穩的繞線電機使用普通靜止進相器即可取得很好的補償效果。而在破碎機、輥壓機這類存在負載突變的條件下，使用普通靜止進相器往往不能取得佳的補償效果，采用LVP變負載進相器則彌補了普通靜止進相器的不足，解決了突變式負載工況下的繞線電機就地補償難的問題。通過對水泥行業大量使用的繞線電機的無功損耗進行有效補償，可以降低功耗以節省電費的支付，提高功率因數以避免供電部門的罰款，提高設備利用率以減少電器設備的容量增大的投資，降低電機溫升以防止電機過熱燒毀，降低定子電流和提高過載能力以提高生產能力，從而給使用企業帶來可觀的經濟效益。
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