浅析负载追踪节能技术及应用

摘 要：电动机在轻载或空载状态下的工作效率较低，利用微处理器控制技术，改变电机的相位角来实现负载追踪控制，提高电动机在轻载或空载状态下的工作效率。

关键词：负载转矩；相位角；功率因数；节能

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.047

0 引言

在轻载或空载的状态下，电动机有着极低的工作效率。由于工作状态的连续性，使得磁场的产生需要消耗一定的能量。对供给电动机而言，恒定不变的端电压所产生的磁通也不变。处于额定的转速状态下，磁场所消耗的能量保持不变，负载所需的转矩不会对其产生任何影响，支持负载转矩的能量大小取决于电磁转矩的大小。转子的转速随着负载转矩的增加会有所下降，但并非很明显，感应的转子电流会随着转速率提高而上升，从而电磁转矩增加，反之亦然。在端电压保持稳定的情况下，定子所提供的磁场电流无论是处于任何负载转矩条件下，都是保持不变的。最终会使得感应电机的效率伴随着负载的减少而降低。

在规定的标准条件下，一般都会选择比驱动最大负载时要高的标准需求。由此，所选择的电机一定要超出该标准。在规定标准下的电压状态下，即使满负荷运行仍然会有节点空间。而且，一些应用负荷本身就是不断变化的。对所选择的电机必须要符合最大负荷时的需求条件，虽然最大的负荷只是间断性的出现。因为电机所产生的转矩和供电电压的平方呈现出正比例关系，降低端电压必然会使得转矩减少。而降低电压意味着电机的额定输出功率也相应的减少，即所需的磁场能量也会减少。

1 可行性分析

负载追踪节能技术主要是运用微处理器的智能化控制，其主要是在空载、部分负载的状态下，使得电机效率保持不变。不需要人工调节过程。处于轻负载状况下，电机的电压会自动调节到最低需求，由于转速是保持一定数值不变，这样有效降低了一些不必要的损耗。（如图1）。在负载增加的情况下，电压会出现自动上升的情况，从而防止电机失速。

负载追踪节能技术其运行原理是利用闭环反馈系统来实现全过程的控制，通过感应电路对电流的波形及电机的电压作比较。由于感应电路过程存在时间差，从而在比较中，负载越轻，会使得电流的波形滞后性越大。而电流与电压滞后关系具体如图2，通过电机相位角的变化，负载追踪技术来实现全过程有效控制。

电压V与电流I都是以向量的形式进行表示如图3，相位角主要是指两者之间的夹角。功率因素（QPF）与电路的负荷性质相关，主要对电压――电流滞后的三角关系进行量化。

微处理器主要对电压和电流间的相位角进行检测，晶闸管中的触发脉冲也会做出相应的调整，而速度为每秒改变100次。该速度大大高于电机响应的速度，对电机在任何负载工况下出现失速都有着抑制作用。在这种轻载状态下，将多余的励磁电流降低到与保持负荷的恒定规矩相匹配的数量，电机的功率因素和运行效率就会有所提升。

根据不同的负荷条件，负载追踪节能技术对电机中的电压与电流间相位角进行连续的检测，负荷的变化会使得相位角发生一定的改变。电压正半周和负半周中的一部分利用闸管半导体开关元件来进行切削。图4为所输出的波形电压电流。根据结果所示，降低供给电机中的均方根电压，磁耗损会有所减少，有功耗损和无功耗损也都会相对应减少。提高电机的功率因数，电机的定子电流得到降低，这与电流中的二次方成正比的供电线路损耗、电机绕组的铜损耗明显降低，电机的铁损下降，电机的效率大大提高。

2 技术的应用

负载追踪节能技术填补了节能行业普遍认为变量泵注塑机没有节能空间的空白，其独特的控制程序使得变量泵注塑机存在20%以上的节能空间。实行智能化全自动装置节能，可以提高节能率，安全可靠性强；在节约能源的同时，电机的转速并不发生改变，也不会降低生产效率；提高功率因数，改善电网质量；获取高投资回报收益率，经济效益显著。

在轻载负荷或是负荷变化较大的交流感应电机中，该技术有着广泛的应用，且具有节能、优化控制功能。使“大马拉小车”这种状态下的电机自身浪费问题得到解决，该技术适用于冲床、变量泵注塑机、磨机、挤型机、搅搅机、水冷柜机等其它工业机械。

3 结束语

负载追踪节能技术可以将电动机在轻载或空载状态下的工作效率较低，利用微处理器控制，改变电机的相位角来实现负载追踪控制，达到提高电动机在轻载或空载状态下的工作效率，达到节能效果。

参考文献：

[1]陈世坤.电机设计第二版[M].机械工业出版社，2000.

[2]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2000.

[3]刘国荣.单片微型计算机技术[M].机械工业出版社，1996.

[4]邓则名，邝穗芳，程良伦.电器与可编程控制器应用技术[M].机械工I出版社，1997（01）.

作者简介：谢广兴（1982-），男，主要从事节能设计及应用工作。