总结报告 三相异步电动机及其工作系统节电技术研究 “天恒星.DJNB电动机经济运行控制器” 系 列 产 品 开 发

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1 总结报告 三相异步电动机及其工作系统节电技术研究 “天恒星.DJNB电动机经济运行控制器” 系 列 产 品 开 发
系 列 产 品 开 发 总结报告 陕西天恒通用机电技术有限公司

2 特点、难点、要点，先进性、新颖性、适应性分析
目录 引言 项目的由来与概述 主要项目内容 原理概述 技术要求 特点、难点、要点，先进性、新颖性、适应性分析 结束语 天恒星DJNB系列产品目录 1 2 3 4 5 6 7 附 陕西天恒通用机电技术有限公司

3 1. 引言 电动机的广泛应用，使世界的生产力获得高速的发展，同时其耗电量（世界各工业大国）一直占驻国家总电量的一半以上。无论是在推动社会生产力的作用上，还是在电力消耗上，它都吞吐着“半壁江山”。无疑，关于电动机的增效、节能应用技术研究的成效，小而言之，有关我国的国计民生；大而言之，有关全世界的节能事业和人类的精神文明与物质文明的发展。 陕西天恒通用机电技术有限公司

4 1.1开题： 本项“三相异步电动机及其工作系统节电技术研究”是上个世纪九十年代，个人自选课题自行开展研究的。
本项技术破解的课题，都是电动机和强电领域数十年，乃至一个世纪以来，世界各国高层技术界重点攻关的难求甚解的高难技术课题。 “天恒星” DJNB电动机节能控制器系列产品，是陕西天恒通用机电技术有限公司依据ZL 《电动机节能保护器》新型专利技术ZL 《电动机经济运行控制器》发明专利技术，自主开发的一项高新技术成果。 陕西天恒通用机电技术有限公司

5 1.2 成果方面： “DJNB电动机经济运行控制器”系列型号产品，从科研、设计、生产到应用试验已走完了全过程。企业标准、品牌商标都已备案注册。产品质量性能已通过省级质监部门检验合格，得到国家质监部门认可。在实用中体现了独具的功能，良好的性能，和可靠的质量，使用户收到了应用的效果。就节能、节电来说是世界上至今曾经出现过的各种节能节电的产品与设备都未曾有过的高指标。 天恒星.DJNB系列产品必将在上述定喻的意义上做出巨大的贡献。 陕西天恒通用机电技术有限公司

6 2. 项目的由来与概况 2.1 项目综述 本项目是针对现型的三相异步电动机及其工作系统运行中实际存在的问题，通过改善三相异步电动机及其工作系统的经济运行状况，达到高效节电的目的，最终实现电力拖动领域的“电动机及其工作系统整体电效能”提高到70%以上。并在此基础上研发出相应配套的节能控制器系列产品。十多年来，DJNB系列产品走过了科研、生产、应用的全过程，先后在我国的六大区，二十多个省市，一百多家厂、矿企业，经历了数千多台次的应用检验与测试，其各项功能良好（见部分单位应用检测报告），得到了广大用户的认可。 陕西天恒通用机电技术有限公司

7 2.2 立项背景 百年来，现状人们在为提高电动机经济运行效果的课题上不断地进行着深入探讨，其成效主要体现在对电动机自身的改进，目前新型号电动机的额定效率已经超越了90％。然而，在实际应用中，其效果往往折半，许多电动机工作系统的“整体电效能”低于20％。二者相差甚远，由此导出了电动机应用技术的一系列重大课题。数十年来，国内外本行科技界的专家学者撰写了许多论述；实践家们以种种简单的方法屡屡证实这些论述的正确性。为了破解这些难题而劳其心智。但是，直到目前，我们仍然尚未发现国内外曾有类似突破性成果的报导。 陕西天恒通用机电技术有限公司

8 电动机额定效率是在规定的“额定条件”（包括额定负载）下测试的，非额定条件下其效率降低这是必然的。
2.2 立项背景 综观理论家们的宗宗论述，从原理上分析，我们认为：额定效率与实际效率，二者都是在不同条件下电动机运行的“本征特性”。 电动机额定效率是在规定的“额定条件”（包括额定负载）下测试的，非额定条件下其效率降低这是必然的。 电动机是电网的感性负载，它是低压电力系统中基本的感性无功源，电动机运行必然会给电网倒输感性无功。 携于电网的谐波是电动机及其工作系统中不容忽视的“害马”。电动机“额定功率”是表征电动机个体特性的一项指标，然而在电力系统中它是一个产生多种作用的重要器件。 陕西天恒通用机电技术有限公司

9 2. 项目的由来与概况 2.3 课题目标 （1）Y/△双向转换； （2）就地无功补偿； （3）消除电网谐波。
十多年前，我们解析了电动机的“本征特性”，明析了现型电动机及其工作系统节电技术研究的基本内涵，确定了课题目标内容，策定了技术实施方案。概括为，“按照本技术领域百年来已为理论界所阐明的课题目标： （1）Y/△双向转换； （2）就地无功补偿； （3）消除电网谐波。 实现完成实用电动机及其工作系统经济运行达到最佳“整体电效能”的全自动控制装置的研制，开发电动机节能控制器系列型号产品”。 陕西天恒通用机电技术有限公司

10 2. 项目的由来与概况 2.4 研究成果 强电系统中电力开关触头消除电弧的技术， 特种工况电动机超速运行时的“发电机效应”的抑制技术，
开题以来，我们不但破解了世人百年久攻无撼的上述三大难题，取得了新的成果： 强电系统中电力开关触头消除电弧的技术， 特种工况电动机超速运行时的“发电机效应”的抑制技术， Y/△软起动、Y-△二重起动、△直接起动，即多种起动程式的自动控制技术， 多项保护功能融于一体的综合保护技术。 陕西天恒通用机电技术有限公司

11 3. 项目研发主内容 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 电动机“动态Y/△双向转换”及Y-△软起动控制单元组件的研制。
“就地无功补偿”及消除谐波控制单元组件的研制。 3.3 “抑制发电机效应”控制单元组件的研制。 3.4 根除强电开关触点电弧控制单元组件的研制。 3.5 多功能综合保护控制单元组件的研制，及故障安全保护的研制和无功补偿、过电压保护等组件的研制。 上述单元组件的电子电路，都分别制成了型号为KDJN 五种专用集成电路芯片 陕西天恒通用机电技术有限公司

12 4. 原理概述 4.1三相交流异步电动机实现节能的理论依据 Y/△转换 就地无功补偿 抑制“发电机效应” 电力开关触点消弧电路原理
综合保护器 Y/△软起动，纳入Y/△转换单元组件兼容 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 陕西天恒通用机电技术有限公司

13 4.1.1 Y/△转换 电动机的设计，都以额定功率条件下工作，其综合经济指标才能达到最高，即是才能实现其经济运行。经典著作和教科书指出：“合理选择电动机是相当重要的，它关系到生产机械的安全运行和经济指标的改善……电动机选型以选择额定功率最为主要……使电动机的负载一般为0.7～0.9左右的额定功率”（摘自《工矿企业电气工程手册512页》）。然而，在实际工况中电动机工作在这一“选型”负载量只是少数的工态，如大多数金属切削机械加工中，其负载率是在5％～50％区间变化，偶有重载,“大马拉小车”使电动机效率严重下降。 陕西天恒通用机电技术有限公司

14 4.1.1 Y/△转换 十九世纪末，欧洲的电磁理论家们发现并提出：“交流电动机Y形接法和△形接法可以适应不同负载”的节电理论。从此三相异步电动机的设计有六个端子，Y/△两种接法并立。 多种电工理论书籍指出：“电动机在轻载时，Y形连接可以使网路功率因数与效率都获得提高”，并给出了电动机从空载至50％额定负载下Y/△连接其工作电流、效率、功率因数特性曲线，试绘于下(仅示电动机本体)。 陕西天恒通用机电技术有限公司

15 4.1.1 Y/△转换 注：图中I1、P1为电动机实际运行电流及功率值。Ie、Pe为电动机额定电流及额定功率值 陕西天恒通用机电技术有限公司

16 4.1.2 就地无功补偿 “在电力系统中先天性地存在着大量的无功负荷，系统中大量的无功功率，将降低系统的功率因数，增大线路的电压损失和电能损失，严重的影响着电力企业的经济效益，造成对电能的无形浪费。解决这一问题的有效方法就是进行无功补偿”，摘自《无功补偿岗位培训教材》。 “电动机是低压电网中主要的感性设备，造成无功损耗占低压电网中无功损耗的70％以上”，（摘自《发电厂变电所及电力系统的无功功率》）。合理实施无功就地补偿，是企业获得更大经济效益的重要途径。 陕西天恒通用机电技术有限公司

17 4.1.2 就地无功补偿 无功补偿原理图试绘于下： 陕西天恒通用机电技术有限公司

18 4.1.2 就地无功补偿 由无功补偿原理图表明无功补偿有效地提高了功率因数。于下将无功补偿的意义作概要分析。
Ａ.　改善设备的利用率： ， 可见在一定的电压Ｕ和一定的电流Ｉ的情况下，提高cosφ其输出的有功功率越大，是提高设备有效利用率的方法。 Ｂ.　减少电压损失：电压损失 ，可见补偿电容的容抗ＸＣ的引入电路，使△Ｕ减小，改善了电压质量。 C.　提高电力网的传输能力：P=Scosφ，可见在传送一定有功功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率越小。 D. 减少线路损耗：在电路上流过电流I时，线路的有功线损 ，可见线路上有功损耗ΔP与cos2Φ成反比，cosΦ越高，ΔP越小。 陕西天恒通用机电技术有限公司

19 4.1.2 就地无功补偿 下面，就原理图中所表述的cosΦ从0.7，补偿提高到0.99作计算，0.72=0.49，0.992=0.98，由两式的数值，明确知道功率因数从0.7提高到0.99，在R不变的情况下，其线路损耗就减小了50%；然而线路电阻并非是不变的，输电线路的电阻R是随温度变化的。线温升高，电阻值增大。无补偿时线温比有补偿时高，在补偿以后其线路损耗一定会减少50%以上。经实际测试补偿使得馈电损耗减少了75%以上，ΔP值只为原来的1/4以下。 电容补偿方式很多，交流电动机就地无功补偿是让供电部门和电力用户双收益的最佳补偿方式。但也是实施技术难度最高的,如：电动机的就地全无功补偿的准量控制，尤其是电动机Y/△两种运行方式下，动态转换时补偿量的跟随，以及如何御除集中补偿袭入过补量的骚扰等等，仍是当今科技界技术攻关的课题。天恒星DJNB无功补偿将其迎刃而解。 陕西天恒通用机电技术有限公司

20 4.1.3 抑制“发电机效应” （1）三相异步电动机其定子旋转磁场的转动速率是每分钟（50×60×2/极数）转。转子受到旋转磁场的牵引而转动，其转速稳定在一个略低于旋转磁场转速的“额定转数”正常运行。在特种工况中，当受到负载惯量顺势拖动的情况下，则转子的转速会超过旋转磁场转速，使电动机进驻“发电机效应”非正常运行。电动机“发电机效应”产生的电力，其频率、电压都不稳定，电压、电流的相位与供电原方的相位是相反的。严重损坏供电质量，造成电力的浪费。 陕西天恒通用机电技术有限公司

21 4.1.3 抑制“发电机效应” （2）抽油机系统的负荷特性，频频激发电动机进驻周而复现的“发电机效应”。试绘出常规型游梁式抽油机（在理想平衡）的扭矩曲线由曲线清楚表明（a）如果不设平衡块则整个下冲程悬点负荷扭矩为负值。（b）在加设平衡块即使在最理想平衡状态时，上冲程在“a”、“b”区间，下冲程在“c”、“d”区间，其复合载荷扭矩为负值。载荷扭矩呈现负值，既促使电动机运行进驻“发电机效应”非正常运行状态。 陕西天恒通用机电技术有限公司

22 4.1.3 抑制“发电机效应” （3）抑制“发电机效应”自动控制原理：“采用磁力定位，旋转光栏调制，光电探测，获取“发电机效应”本征信息，全自动控制对电动机三相电源，即行通断”，可靠地抑制了“发电机效应”的发生。控制系统响应度小于10ms。 陕西天恒通用机电技术有限公司

23 （1）执行电路，它是由磁力开关（或交流接触器）和无触点开关组成，二者电力回路同相并联；控制回路分别接至控制器的相应接口。
4.1.4 电力开关触点消弧电路原理 该电路包括两个部分： （1）执行电路，它是由磁力开关（或交流接触器）和无触点开关组成，二者电力回路同相并联；控制回路分别接至控制器的相应接口。 （2）控制电路，它是一个单路信息输入，双路信号输出，设置有固定延时的电子开关。当接通电源时无触点开关先导通，磁力开关后合闸；当切断电源时，触点开关先分断，无触点开关后截止。二者时间差约20ms。这样就做到了触点开关“分”、“合”都不会产生电弧了。开关触点消除了电弧的烧灼，其接触安全可靠，器件有效寿命大为延长。其无触点开关电力回路每次只工作20ms，器件经久耐用。电力系统中开关分、合电弧烧蚀触头，历来令人无奈，并认为是一种不可避免的结局。本技术的难点在于控制电路的设计要做到洽到好处。 陕西天恒通用机电技术有限公司

24 4.1.5 综合保护器 电动机长期安全经济运行是企业效益的保证。为此，电动机配电系统中需要加装多种功能的保护器。当前普遍应用的各种单一功能的保护器难以配套。本系列产品的综合保护器单元组件，是一个具有缺相保护，过载、过流、过电压、欠电压保护，极限高电压、低电压快速保护，根除接触器接电电弧防触点烧蚀保护，防起动大电流电表保护，无功准量补偿卸除网路袭入过补应机卸脱保护，十项功能融汇于一体的电子电路原理的综合保护器。它采用了五路探测器对系统可能出现的故障信号进行全方位的监视，有五路电子线路前置级，两路保护执行级，两种主控电路都已制成集成电路专用芯片。 陕西天恒通用机电技术有限公司

25 4.2 DJNB电动机节能控制器原理框图

26 设计技术要求、产品型号分类，系列产品分类，产品功能、性能、参数、参量指标，性能质量检测条件规程；
4.3 概要说明 本产品技术原理在于，它将影响电动机实用中远非经济运行的多种因素反透出来的——可以实现电动机增效、节能的诸种技术途径都统筹一簇，综合为提高电力效能的“电动机节能控制”，以及综合保护功能，起动功能等融于一体，均纳入智能程控。这是导致本项产品具有各项完善的功能和良好性能的技术基础。包括： 执行标准及其规范性引用文件； 设计技术要求、产品型号分类，系列产品分类，产品功能、性能、参数、参量指标，性能质量检测条件规程； 产品使用技术条件以及系列产品应用性能与效果。 陕西天恒通用机电技术有限公司

27 5. 技术要求 均请参阅： 陕西天恒通用机电技术有限公司《DJNB电动机节能保护器》“企业标准”（Q/610000—K —2003） 陕西省产品质量监督检验所按“企业标准”技术要求进行检验，出据的《DJNB节能保护器》《检验报告》（N0：DG W-A） 天恒星.DJNB电动机节能保护器《说明书》 附录1.天恒星.DJNB系列产品目录，附录2.产品开发纪要目录，附录3.论文《深化技术 强化管理》 应用中有关企业、行业，地区部分实测《检验报告》 陕西天恒通用机电技术有限公司

28 6.产品 特点、要点与难点 6. 1 特点：各项功能统筹一簇，融合为一个全功能的电动机经济运行节能控制系统，适应于各类场合运行的各种规格的现型三相异步电动机配套。 6.2 要点：本控制系统的电子电路是以模拟电路为主，数字电路为辅。因为很多瞬变中的过渡过程只有模拟电路才能如实体现。 6.3 难点：一种多个复变函数的控制系统，我们曾经设想用数字电路技术（如通常的单片机）来完成，结果不理想。关于恰到好处的模拟电路的探索是本项课题的关键和难点。 陕西天恒通用机电技术有限公司

29 天恒星.DJNB系列产品的成功，是“天恒”始终按照前人指出的方向不懈努力的结果，应该说在先进性、新颖性、适应性方面都圆了世人的梦。
6. 特点、要点与难点 天恒星.DJNB系列产品的成功，是“天恒”始终按照前人指出的方向不懈努力的结果，应该说在先进性、新颖性、适应性方面都圆了世人的梦。 陕西天恒通用机电技术有限公司

30 7. 结束语 本系列产品含盖了多项电动机应用技术上，长期来难求甚解的课题。“天恒”在这些课题上进行了卓有成效的科学实践，开发出了多个系列的型号产品，它是一项中国首创，外国还没有的创新性成果，它解开了电动机应用技术的百年“桎梏”，实现了电动机工作系统的智能全自动控制，它将把千千万万“大马拉小车”的电动机，由能源的浪费型转变成能源节约型，对电动机实用经济运行状况及其工作系统的“整体电效能”都开拓了新的前景。 它是“天恒”贯彻奋发图强，自力更生，艰苦奋斗精神，执行科研、生产、应用三者紧密结合，理论与实践融通的原则，以严肃、严密、严格的科学态度在实事求是的“净土”中成就的。它是一项个体自主研发的成果，它是一部“小企业展宏图”的科技“演绎”。它证明了中国科学家论坛明确的：关于应用科技以企业为主体，中小企业为核心的原则方针是正确的。 陕西天恒通用机电技术有限公司

31 天恒期盼，天恒祝愿。 7. 结束语 谢谢大家！ 期盼它为节能事业忠诚奉献；祝愿它勋著“神州”，让国人兴悦祖国的富强与繁荣；
祝愿它驰骋“天下”，让世界领略中华科技与文明的风骚。 谢谢大家！ 陕西天恒通用机电技术有限公司

32 附录 天恒星.DJNB(电动机节能)系列产品目录 序号 系列型号 （天恒星） 规格范围 （KW） 主 要 功 能 适应工况与场合 形式 1
4~315 1）Y－△可调软起动，2）准负荷跟踪动态Y/△双向转换，3）提高供电质量及系统工作效力 通用型，适应于各种工矿的轻载场合 柜式 2 DJNB-1C 1）就地无功准量补偿智能全自动控制（一台控制器可控制单台或多台），2）提高供电质量及系统工作效力 空压机、鼓风机、分选机、水泵、中央空调的电动机以及功率变压器等感性负载 3 DJNB-1CB 5~315 1）Y－△可调软起动 ，2）动态Y/△双向转换，3）就地无功准量补偿，4）综合保护，5）提高供电质量及系统工作效力 车、铣、刨、磨、冲、剪、压等机械加工以及破碎、传送、采油等矿业机械电动机 4 DJNB-1Q1 5~110 1）Y－△可调软起动 ，2）动态Y/△双向转换，3）就地无功准量控制单边补偿，4）Y接单路消弧，5）综合保护，多程次自动控制，6）提高供电质量及系统工作效力 大立车，加、卸载频繁的空压机等设备的电动机 5 DJNB-1Q2 1）Y－△可调软起动 ，2）动态Y/△双向转换，3）就地无功准量控制双边补偿，4）Y/△双路消弧，5）综合保护，6）提高供电质量及系统工作效力 6 DJNB-1K 1）动态Y/△双向转换自动控制，2）提高供电质量及系统工作效力 原机已具有Y起动△运行装置的机械加工设备 台式 7 DJNB-1KC 1）动态Y/△双向转换控制，2）就地无功准量补偿自动控制，3）提高供电质量及系统工作效力 原机已具有Y起动△运行，需加装就地无功准量补偿的机械加工设备 8 DJNB-1K1 1）Y－△软起动控制 ，2）动态Y/△双向转换，3）提高供电质量及系统工作效力 原机无Y起动装置，需加装Y－△软起动以及动态Y/△双向转换的机械加工设备 9 DJNB-1K1C 1）Y－△软起动控制 ，2）动态Y/△双向转换，3）就地无功准量补偿全自动控制，4）提高供电质量及系统工作效力 原机无Y起动装置，需加装Y－△软起动，Y/△双向转换、就地无功准量补偿的机械加工设备 10 DJNB-Iy 5~90 1）Y－△速进起动2）动态Y/△双向转换，3）准量就地无功补偿，4）消除抽油机运行系统周而复现频频发生的“发电机效应”，5）提高供电质量及系统工作效力 油田抽油机 及探矿打井机械 11 DJNB-IZC 1)Y/△可调软启动 2)准负荷跟踪Y/△双向转换 3)就地无功补偿全自动控制 DJNB-IZC1-Y单边补偿;DJNB-IZC2 – Y . △双边补偿