Powerboss智能节电器及其工作原理

作者：北京星绿环环保科技有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 7 其它电力设备展厅 工业电源, UPS, 稳压器, 稳压电源, 充电机, ... 一、 前 言 电动机是世界上最大的电能消耗者，使用了大约70％的工业用电。电动机也是世界上最大的能源浪费者。电动机无法智能匹配实际工作消耗的功率，就造成了浪费。在当前，无论哪家节电公司声称它拥有哪项节电技术，其基本的节电设备就是变频器！ 然而，人无完人，金无赤金！变频器在某些领域因为手短而无能为力，不是失去作用，就是大打折扣！比如：对于像混凝土搅拌机、注塑机、抽油机等，负载要求恒速而负载重量却在不断变化的设备上，变频器就无用武之地！在商场自动扶梯，工厂传输皮带上，变频器的出力大打折扣！而且因为变频器要求对某些设备改变电路，因此产生故障源，这是用户很不情意的！以及变频器体积大，要求散热空间，接线麻烦等，也为其安装在某些场合带来了苦恼！—— 针对以上情况，英国Somar国际有限公司推出了POWERBOSS的智能节电器，也称之为节电宝。它补充了变频器的不足，与变频器互为左右手，优势互补，共同完成对全世界电动机改造的节电使命！ Powerboss产品通过了CE认证，以及欧盟EMC认证。另外，Powerboss已经经过测试，符合UL 508C /2000，并且获得了美国与加拿大的ETL标志。 Somar国际有限公司是通过BS EN ISO9001和ISO14001认证的可信赖公司，曾经获得英国企业女王奖。 2007年8月7日，在中国华北电力科学研究院，酝酿多时的Powerboss智能节电器正式通过了国内权威技术专家的认定。华北电力科学研究院、电机科学研究会、北京电力协会、华北电网属下各供电公司等出席此会，并就Powerboss节电器的两大技术要点（软启动和节能优化）进行了发言和表态，充分认可并肯定了这个新一代节电环保产品，将会有更远更长的发展道路，Powerboss将补充变频器的不足，成为我国电动机节电的一个基础设备，使我国电动机节电迈上一个新台阶！ 目前Powerboss智能节电器产品已在全世界105个国家和地区设有分公司和代理中心，在进行着销售、安装和使用。 在我国，目前仅一年的时间，就完成了不少成功的案例。 比如： Ø 中国最大油田之一的山东胜利油田，其45kW抽油机在安装Powerboss后平均节电率高达25%。 Ø 著名的北京顺义西单商场8台9kW的自动扶梯在安装Powerboss后，节电率高达35％。 Ø 湖北省节能监测中心为其辖下企业的22kW的混凝土搅拌机安装了Powerboss，节电率高达17％。 Ø 深圳某大型电器厂20余台15kW的注塑机，节电率高达24％，回报期短达12个月。且注塑加工的原有设定参数丝毫没有改变。 Ø 浙江永康某电动工具厂10多台100吨冲床在安装Powerboss后，节省了26％的耗电量。 Ø 深圳市罗湖区食用菌厂冷库的6台7.5kW、9台11kW压缩冷凝机，节电率经长时间测试高达25％。 Ø 广东忠诚石材公司的数台37kW圆锯石材切割机，平均节电率为16.9%。 二、Powerboss的节电原理与变频器的差异 （一）Powerboss的节电原理： powerboss节电控制器，它能够自动监测电动机的负荷状况，根据电机实际负荷的大小，供给电机最适宜的电压、电流，有效的解决电机在空载、轻负载和变负载状态下的节电问题，而且不影响电动机的抗过载能力，这是一种保证电机所带设备可靠稳定运行，全新的电机节电新技术、设备。 和普通的缓冲启动期一样， powerboss采用晶闸管来准确的控制所投入的电压。晶闸管的特性是当感应到脉冲时会迅速的由“关”状态转为“开”状态，直至系数减至零为止，这个原理又称为自行换向。随着控制晶闸管在每个供电半弦波（电压接近0）的开和关，便可控制通过晶闸管的电流。当启动电越接近供电弦波的尾端时，所容许通过的电流较少，当启动电越接近供电弦波的开始端时，所容许通过的电流就越大。引用这个原理，将两个晶闸管以反平行的方式连接， powerboss便可控制晶闸管的开和关，供给电机当时所需的最适用的电压（参阅下图）.例如，在某个特定的时间内将每个半弦波的启动点延迟，然后将延迟时间逐渐递减，会令供给电机的电压由较少的数值增加到最大。因为电机的扭力是和供电电压的平方成正比的，POWERBOSS通过晶闸管控制给电机的电压来控制电机的启动扭矩，让电机在预设的时间内平滑加速到最高转矩，从而达到让电机软启动的目的。 powerboss不需要改变设备原有的参数，在引用范围上没有约束，安装了powerboss后不会影响设备原有的一切工作状态。 而使用了 powerboss后却带来其他的相关效益： 降低了电机的机械劳损，更能有效的减低电机设备的维修成本，减少了电机的发热，延长了电机的使用寿命。 而且 powerboss可以与远程控制器和微机端口相接，可轻松实现自动化远程控制，使设备自动化程度提高。 powerboss采用智能化的微处理器控制，在轻负载的情况下电机的电压自动降至最低需求，而转速保持恒定。如果负载增加，电压将自动上升以防止电机失速。 我们知道，维持电机工作的电流由两个不同的部分组成：负载或阻性电流（IRI）和感性或励磁电流（IMI）。当电机的负荷下降，一些参数将发生变化，产生负载转矩的阻性电流（IR2）和相对不变的感性电流（IM2）合成的相位角将增大，如下图所示：控制器通过降低电机的供电电压而减少感性电流（IM3），起到使相位角趋近原来大小的作用，从而降低磁滞损耗。 在轻负荷情况下，阻性电流产生的铁心损耗也将随着电压的降低而减少，因此电机的电耗有效下降，事实上通过降低电压获得的节电将随着负荷的增加而快速减少。 powerboss通过切削电压波形而降低电机电压，当电机的电压降低，磁损耗也就相应的减少，有功损耗和无功损耗也相应的减少，同时使电机的功率因数提高，降低了电机的定子电流，与电流的二次方正比的供电线路损耗、电机绕组的铜损耗显著减少，电机的铁损下降，提高了电机的功率。 （二）Powerboss与变频器工作原理的差异： 上面说了Powerboss的工作节电原理，下面我们看看powerboss与变频器工作原理有何不同： 简单来说变频器是通过改变供给电机电源的频率，同时保证供电电源随频率成正比的变化，从而改变电机的输出扭矩来达到节电的目的。而powerboss并不会改变电源的频率，它是通过芯片中预设检测程序来监控输给电机的电压和电流之间的相位角的变化，此相位角是随着电机的负载变化而不断变化的， 也就是说电机的功率因数在不断变化的，从而将电机因负载减小而浪费的励磁电流的节省来达到节能的目的。同时提高了电机的功率因数。它和变频器所用的控制元件基本上相同，都是利用晶闸管的特性来控制的。 在应用的方面，变频器因改变了电机的频率可能在某些设备上不能应用，诸如许多不能改变电机转速的设备上，像自动扶梯，皮带输送机等等；而且变频器在很多应用上，需要改变设备。 Powerboss通过闭环反馈系统控制，其感应电路比较通过电机的电压和电流波形。由于是感应电路，电压和电流波形存在时间差，负载越轻，电流波形的滞后越大，空载时电机的效率最低，波形间的间隙越大，微处理器将监测波形间的间隔并相应的调整可控硅的触发脉冲，其速度为每秒钟改变100次。这一速度比电机所能响应的速度要快的多，但对防止电机在任何负载工况出现失速是十分必要的。 原则上，在轻载条件下，如果可以将过剩的励磁电流减少到仅仅与保持负荷的恒定转矩相匹配，则可以使电机的运行效率提高。 Powerboss 通过改变电机的相位角来实现控制。下图中电压V与电流I 均以相量形式表示，两者之间的夹角即相位角。可定为电流超前或滞后电压的量，对于感应电机，电流通常滞后于电压，功率因数（QPF）是量化的电流-电压滞后的三角关系。 电机功率因数与相位角关系之描述 在不同的负荷条件下，相位角度将随之改变。下图是电机电压和电流在不同负荷条件下的说明。请注意：在部分负荷条件下，相位角或电压电流之间的时间滞后将增加。通常在负载情况下，电机的电流滞后于电压30°；在空载情况下，电机电流滞后于电压80°。 Powerboss(节电宝)连续检测电机电压和电流之间的相位角，依据负荷的变化改变相位角，Powerboss通过使用三端双向晶闸管等半导体开关元件来“切削”电压而进行控制。 三端双向可控硅只允许电源电压正半周和负半周的一部分供给电压，如下图所示：这样的结果是降低了供给电机的均方根电压，结果磁滞损耗最小化，相位角回到原来的大小，电机效率提高。为了更好的理解为什么损耗会最小化，首先要分析电机负荷变化时将影响哪些因素。 （三）Powerboss与变频器工作特点的不同： 变频器是通过检测负载的工作情况，调节其输出频率（范围可以从0.5-150Hz）、电压和电流，以适应负载的需要，使输出功率随负荷的变化而变化，从而达到节能的目的。它的工作方式采用将交流变为直流，再将直流变为交流的模式。最新一代的变频器产品也有采用直接由交流变为交流的工作模式的。 Powerboss节电宝是通过检测电机的工作状态，经过微处理器进行比较和运算，改变其输出电压和电流，和负载的状态相平衡，而不改变电机的转速，达到节能的效果。对于空载和轻载的电动机而言，电压可降低20%的额定电压，可降低30%的额定电流，使电动机的铁损和铜损及其它损耗大大降低来达到节电的效果。另外，在启动时节电宝设有缓冲启动功能有效地降低了启动电流，减少了电耗和启动转矩对电动机及传动部分的损害，延长了电动机及传动设备的使用寿命。同样在停机时节电宝特设的缓停功能，也有同样的效果。 节电宝采用电力电子元件，但是其器件工作的动态范围变化不大，工作条件好，电路结构相对简单，安装简便现场条件要求不高；加上生产厂家严格的质量控制，使节电宝在节能、延长电动机和设备寿命的基础上，在保证正常工作的情况下，具有寿命长，维修率低等特点。 （四）Powerboss与变频器不同的应用领域： 概括地说：Powerboss可以应用在有电动机的任何领域。然而在负载要求恒速，负载重量却在不断变化的领域，变频器无能为力，Powerboss补充了变频器的不足，同时更发挥出它自身的优势。 比如：变频器通常使用在风机、水泵、电梯、空调等领域。Powerboss同样可以使用在这些领域。这由客户主要从性能价格来选择。 Powerboss在冲床、抽油机、自动扶梯、混凝土搅拌机、输送带、压床、压缩机、碎石机、研磨机、圆锯、注塑机等设备上，更发挥出它的节电优势及性价比。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/3/2008)