交 流 感 应 电 机
“智能节电控制器”
Energysaving Controller for AC Motor

相控节电技术及其应用

佛山市金华城节能科技有限公司
FOSHAN GBC TECHNOLOGIES CO., LTD.

一、 节能的战略意义
能源是国民经济发展的基础资源.世界各国都将资源、环境和人口列为当今全球发展战略的三大问题。我国政府十分重视能源资源的开发、利用和节约工作，提出了“开发与节约并重，并把节约放在优先地位”的能源工作方针，制订了《中华人民共和国节约能源法》，江泽民同志号召全国人民“高度重视节约能源，提高资源利用效益”。
众所周知，电能是一种基础且高效的优质能源。它经济、简便、易转换、便于输送，且无污染；通过转换装置，电能能高效地转化为动能、光能、热能、化学能等形态，从而成为国民经济发展和人类生活中应用最广泛、最具依赖性的能源。
自二十多年前世界石油危机宣告廉价能源供应时代结束以来，人类面对能源危机、环境压力、人口爆炸等系列问题，政治经济格局发生了巨大变化，各国经济发展的前景受到严峻考验！人们越来越强烈地认识到，节约能源刻不容缓，而研制和推广先进的节电产品，提高用电管理水平又是节能的关键。

二、电动机节能的必要性与紧迫性
电动机是电气化的主要动力机械，也是电网中主要的耗能设备。在中国，约10亿台交流电动机投入使用，耗电占电网总负荷的60%，占整个工业用电的70%。中国权威能源机构的报告指出，我国约有六成的电动机在低于设计额定负荷60%的欠负荷状态下运行，在此状态下运行的电动机，高达40%的用电被浪费掉，为此，我国制定了《中华人民共和国节能法》及相关节能技改的贷款和税收等优惠政策,鼓励企业采用新技术产品以降低能耗。
据第四届全国电机保护与电工节能技术会议的资料，全国目前在役电动机中，尚有40000万KW的高能耗电动机（损耗占额定出力的10%-23%），其中50%又属于需要淘汰的高能耗产品；全国每年被烧毁电动机的数量在20万台次以上，因此而花费的修理费达20亿元左右，造成的停工停产损失高达百亿元。
电动机的节能有两方面的技术途径：一方面是进行电机本体结构设计的改进和新材料的采用，对老电机进行更新改造；另一方面是改进电动机运行的外部环境。相控科技公司吸收国外先进节电技术的概念，经过自主研发和创新，研制出的交流电动机“相控节电控制器”采用后一技术途径。

三、感应电机“相控节电控制器”
“相控节电控制器”是21世纪推出的具有人工智能控制的最新节能产品。其技术采用了可控硅半导体与集成芯片检测与控制触发系统来实现无触点开关功能，具有软启动、节能、及优化运行等特性：

图一、相控节电控制器产品外型
（A）节能特性 （B）软启动特性 （C）温升特性

图二、相控节能技术特性

“相控节电控制器”的技术特征：
软启动特性：
许多年来，全电压硬启动经常损坏电动机和设备，“相控节电控制器”能检测电动机的负荷与提供给电动机的功率，在不减少启动力矩的前提下，“相控节电控制器”仅提供给电动机启动过程中所需要的功率，且启动时间可在0秒-30秒范围内根据需要设定,启动过程是平滑无级的。
图二（B）给出了电动机的两种启动方式的启动电流的比较。可见，软启动可有效地降低电动机的启动电流，其启动电流仅为标准电机硬启动电流的50%。软启动的限流特性可有效限制浪涌电流，避免不必要的冲击力矩，避免对配电网络的电流冲击，有效地减少线路刀闸和接触器的误触发动作。对频繁启停的电动机，可有效控制电动机的温升，大大延长电动机的寿命。
节能特性：
交流感应电动机通常消耗的电能大于其实际需要的电能，特别是当其运行在欠载状态，多余的电能以发热的形式耗散掉。
“相控节电控制器”采用闭环反馈系统进行节能。该装置实时测量电动机的电压与电流波形，由于电动机为一感性负载，其电流与电压波形通常存在一相位差，该相位差的大小与其负载的大小有关。“相控节电控制器”将实际相位差与依据电动机特性的理想相位差进行比较，并依此来控制SCR可控硅整流桥触发角以给电动机提供优化的电流和电压。由于“相控节电控制器”的检测和控制集成芯片的高速处理特性和SCR的快速反应特点，使得“相控节电控制器”能自动处理各种工况下的电动机节能特性。
“相控节电控制器”在设计上完全不同于传统的变频调速节能技术，它采用了电流电压矢量传感动态监控与脉宽调制（PWM）有机结合的独特控制技术，不改变电机的速度及原有的一切运行特性。
“相控节电控制器”推出了“柔性电力”的概念，在配电网和用电负载之间提供了“柔性化”的用电智能管理功能，它不仅自动检测电机的负载变化，优化运行特性，提供“所供即所需”的供电方式，使电机节电率高达15-40%（见图二（A））；同时，“相控节电控制器”能有效减少电机对电网的冲击，降低电网无功损耗，提高电网运行效率。
“相控节电控制器”以其独特的微电脑负载监测系统，辅以电压、电流功率输出反馈控制系统，能按负载的变化及时地控制电机的输出功率，也就是当负载变化时，相控节电器提供给电动机的输入功率也随之变化，保持与负载相匹配，从而使电动机始终工作在最佳电压、电流、功率因数和能源效率状态下。
“相控节电控制器”在硬件选型上，务求其可靠性。目前采用的微处理器芯片及集成式双置晶闸管技术，都是技术成熟性高、可靠性强的技术及产品。该产品密封工艺很先进，可在日晒雨淋及其他恶劣环境下安全运行，在-30℃至85℃温度范围内带上额定负载稳定工作，使用寿命可达15年之久。
优化运行特性：
软启动及依据负荷来提供功率的特性，可有效提高电动机的效率、生产力和寿命，同时节省能源和费用。“相控节电控制器”不仅能对单相交流电机和三相交流电动机进行相控节电控制，以满足优化安全运行模式，而且可以降低电机运行温度（见图二（C），减小电机运行噪音，延长电机的使用寿命，减少电机维护量。
四、产品的应用领域
“相控节电控制器”可广泛应用处于轻载负荷或负载变化较大状态下运行的交流感应电机的节能与优化控制，如：
负载变化较大且不允许速度变化的设备；如港口皮带输送机、煤矿皮带输送机、油井抽油机、电动扶梯、升降电梯、轧钢设备、各类空调制冷压缩机、冷水机、各类工业输送机械等。
可变负载设备；如六角机床、碾磨机、研磨机、成形机、悬垂机、压机、切削机、压缩机、注塑机、锻机、板机混凝土成型机、橡胶成型机、化工工业设备、农用设备、造纸设备、工业机械、食品及其它重工业机械。

目前，深圳相控科技公司可提供给用户使用的“相控节电控制器”系列产品可以满足负荷电流在20A以下220V的单相电机、以及下列功率的380V三相电机的节能需求，即：7.5HP,10HP,15HP,25HP,30HP,40HP,50HP,75HP,100HP,125HP,150HP,200HP,250HP,300HP,350HP,400HP; （注：1HP=0.75KW）

图三、相控技术系列节能产品

五、市场应用前景分析
如上所述，“相控节电控制器”可在极广泛的领域得到应用。作为市场开发的第一步，建议在下列市场需求量巨大，其它类型节电装置（如变频器）无法应用的场合，如皮带传送机、自动扶梯、中央空调压缩机、空气压缩机、注塑机、抽油机、机械加工设备等领域作重点推广。
电梯（升降电梯及扶手电梯）：近几年，中国城市建设发展迅猛，高楼大厦如雨后春笋，拔地而起，超级商场和公众活动中心普及，升降电梯和扶手电梯使用每年呈20%的速度递增。仅深圳，使用升降电梯的大厦初步统计就有1200座，使用电梯至少约5000台，扶梯近1000台；广东省使用电梯至少3万台以上；全国使用电梯约50万台以上（对已经装备变频器的升降梯不适用）。
空调机：随着生活水平的提高，人们工作和办公场所逐步采用集中空调系统。空调的耗电占商业用电的很大份额，且通常电价较贵。“变频器”在家用空调领域逐步推开，但对于高楼大厦的中央空调的压缩机的耗电，目前“变频器”是无能为力的，因为中央空调压缩机的出力是随负荷的变化而变化，而“变频器”很难协调匹配这种变化；“相控节电控制器”的电机负荷自动跟踪、随动控制的特性，决定了“相控节电器”在中央空调压缩机上能大显身手，且节电效果十分显著，在该领域应用可获的更大的市场回报。
注塑机：中国的制造业是十分发达的，特别是改革开放以来，大量港台资企业进驻大陆，使中国成为世界第一大玩具制造出口基地，注塑业十分兴旺。仅深圳平湖镇就有350家注塑企业，有近7000台注塑机；深圳市有20多镇，注塑机超过10万台；东莞的注塑厂家更多，注塑机超过20万台。
油田抽油机：经过胜利油田试验证实，“相控节电器”在油田抽油机中的应用有好的效果。目前，中国有大中型油田近20座，小油田近百座。油田的主要设备是抽油机，约有20万台投入运行；抽油机每天24小时、一年365天运行，用电量负担十分沉重。
皮带传送机：在机场行李传送带、煤矿煤炭传送机、矿山机械、轧钢机械等领域，“相控节电控制器”同样可发挥出色的节能特长。仅淮南煤矿就有12对矿井，井上380V输煤传送带电机达1万台，井下电机（380V/660V）电机就更多，达3万台，相控节电器在淮南煤矿经过近1年的综合测试和考验，综合节点率达30%，已于2002年5月在淮南通过整体技术鉴定和项目验收，正进行大面积推广使用；中国是煤炭生产大国，全国煤矿电机不下400万台，加上其他采矿企业（采石、有色金属矿、稀土矿、盐矿等）传送电机，仅采矿企业电机使用相控器的市场空间就达900万台。
六、应用案例分析
我司利用相控技术研制和生产的系列“相控节能控制器”产品投放中国市场以来，其产品的质量、性能不断得到提高和完善，通过不同领域用户的应用检验，“相控节电控制器”被证实是一种具备高效节能特性、运行可靠、成本很低的高科技产品。在“国际高新技术成果交易会展览中心”举办的“2001年节能技术与装备专题展”上，“相控节电器”显露出耀眼的锋芒，成为众多有志从事节能工程服务的专业公司优先选择的电机节能新产品，许多耗电大户企业将“相控节电器”作为节电技改的优选手段；相控科技公司在“高交会”现场举办的“相控节电新技术专题讲座”成为“节能周”最热点的技术焦点。深圳市政府将“相控节电控制器”作为第一批优先推介的节能新产品，并给配备相控产品的技改项目提供节能贴息贷款的优惠政策。
至目前为止，“相控节电控制器”已成功地在中国许多地方得到成功的应用，特别是在淮南矿业集团所属的几个煤矿和水泥厂的近半年的综合测试和现场环境考验，取得令人鼓舞的应用效果。下表中列出部分典型用户的节能效果：

七、相控技术对国民经济效率的影响
1999年12月份全国发电量1139亿千瓦时，全年用电量达13000亿千瓦时。若用电负荷的65%为感应电机所消耗，则当年感应电机所消耗的电能为8450亿千瓦时。
若有50%感应电机可采用本相控技术所制造的高科技“相控节电器”，综合节电率按20%计，则每年可节电量达845亿千瓦时，相当于1173万千瓦装机容量电厂一年的发电量，即相当于6座大亚湾核电站的年发电量，可为国家减少发电厂备用发电容量的固定资产投入达300亿美元。
因此，“相控节电控制器”节电产品的使用，对国家有限能源资源的合理利用及减少大气环境污染，将会起到造福人类、贡献社会、利国利民的积极作用，具有不可估量的经济效益和社会效益。

今天就行动，应用“智能节电控制器”于您的生产系统中，为您创造更多的财富—这是您精明的选择！

金华城节能科技，秉承严谨的研发作风，以节能事业为己任，真诚希望与有识之士分享这一高科技成果！