本文介紹了Powerking電機節電器原理、節電規律、節電物件判斷。 以及採用Powerking對鋁型材擠壓機電機進行了節電改造， 改造後擠壓機運行平穩， 節電效果顯著。
1引言電動機是工礦企業生產中使用量及耗電量最多的一種電氣設備。 在電機拖動系統中， 電機往往以最高負荷量加上裕量來設計參數及選型， 而在實際運行中大部分電動機不是滿載運行， 而是工作于滿電壓、滿速度而負載較小的狀態。 對於負荷波動頻繁的電機,在滿載運行的同時,也會有很大比例的空載執行時間。 因此， 大多數情況存在大功率電機拖動小負載的情況(即通常說的“大馬拉小車”)。
據國外資料介紹：美、日、英等三個國家的電動機所耗電能， 占全部工業消耗電能的比重均超過60% 。 據有關部門調查， 我國幾個主要電網中， 電機所耗電能的比重也占整個工業用電的60 ～68% 。 因此世界各國競相研製並推廣各種先進技術與設備以促使電動機經濟運行。 紐西蘭亞太節電公司的Powerking-IMS系列電機節電器可使電機在最佳經濟情況下運行， 節電效果顯著。
2 PowerKing電機節電器2.1 節電器工作原理
PowerKing系列電機節電器是一種高科技、智慧化電機節電控制器。 它採用基於微處理器的數位控制技術， 通過其內置的專用節電優化控制軟體， 即時檢測電動機的負荷， 分析負荷大小和變化趨勢， 動態調整電機運行狀態的電壓和電流。
在不改變轉速的前提下， 保證電機的輸出轉矩與負荷需求精確匹配， 從而有效避免電機因出力過度而造成電能浪費以及電機的過度磨損， 節電性能十分突出。 圖（1）所示為其控制原理圖。
圖（1）：控制原理框圖。
2.2 節電器節電規律
（1）供電電壓和節電率的關係
電機的損耗分為可變損耗和不變損耗兩部分， 由於不變損耗的存在， 使得電機在低負荷或輕負荷狀況下， 其損耗占電機有功電耗的比例增加， 因而電機的運行效率下降。 通過降低供給電機的電壓， 使不變損耗減少， 從而提高電機的運行效率。 在PowerKing的控制下， 供給電機的電壓將隨負荷的變化而變化， 從而保持負荷所需的轉矩。
負荷越輕， 電壓下降的幅度越大。 由於目前多數電網的供大於求， 供電電壓通常高出標稱電壓， 夜間更是如此。 因此， 當供電電壓高出標稱電壓時，
（2）運行電流和節電率的關係
PowerKing通過降低供給電機的電壓， 使得磁化電流減少， 總電流隨之減少， 電機有功損耗降低。 在PowerKing的控制下， 通過電機的電流將隨負荷的變化而變化， 使得勵磁電流的大小始終保持與維持負荷轉矩所需的磁場精確匹配。 避免了磁通過剩導致的損耗增加。 電機的實際運行電流較標稱電流越低時， PowerKing的節電效果越好。
（3）電機功率因數和節電率的關係
電機在低負荷或輕負荷狀況下， 由於電壓和電流之間的相位移增大,使得功率因數降低而導致用電的浪費。 PowerKing 通過其內置的優化軟體不斷通過計算電機運行時的功率因數， 並將計算值與優化資料庫中的資料進行比較，
（4）負荷率與節電率的關係
電機的負荷率越低， 輪空時間越長（非均勻性負載）， 可獲得的節電率越高。 一般負荷率在30-65%之間的電機節電效果最佳。 而對於負荷率超過70%且屬於均勻性負載的電機， 節電效果將不理想。 PowerKing電機節電器適用於間歇載入運行、部分負荷運行的交流非同步感應電動機的節電控制。
2.3 PowerKing應用物件的判斷
PowerKing適用於感應非同步電動機的節電控制,它的節電效果是講究應用條件的， 並非所有的電機都能取得良好的節電效果。 判斷是否為一個合適的PowerKing的應用物件， 需要考慮如工作電壓、運行電流、功率因數、負荷特點、電機功率等因數，綜合做出判斷。
電機工作電壓越高、實際運行電流越小、功率因數越低、負荷越輕或輪空時間越長的電機，將會取得越高的節電率，反之節電率將越低。這些因數中負荷率和功率因數兩個指標最關鍵。負荷率和功率因數與節電的關係見表（1）。
表（1）負荷率和功率因數與節電的關係
3 1250T鋁型材擠壓機電動機節電改造
某鋁型材擠壓車間有擠壓機若干台，單機功率均在90KW以上，耗電量較大，電費成本占生產成本的比重相當高。為了幫助工廠降低成本提高企業在市場中的競爭力，特推薦使用PowerKing節電器，先對一台1250T鋁型材擠壓機進行節電改造。在節電改造前，先要對擠壓機工作數據進行採集，確定是否為理想的節電改造物件，然後再開始工作。
3.1 擠壓機工作相關資料
電機銘牌資料：功率：90KW；電壓：380V；電流：170A
電機工作資料：電壓：380V；電流：50--130A變化
電機功率因數：0.45-0.5；負荷率：53%
負荷狀況說明:該負載為輪空型負載，負荷變化比較頻繁，有時會跳變。擠壓機工作一個週期為2分鐘，其中負載時間1分30秒，空載時間30秒。從實測的電流資料來看，其負荷率只有50%左右，功率因數低。因此電機運行效率低，電能浪費較大。屬於比較理想節電改造應用物件。
3.2節電改造後電路
根據擠壓機的電氣參數我們選用PowerKing-110型電機節電器對其進行節電改造。節電器的安裝比較簡單，直接串接在原電動機主回路中，不改變原來的操作方法。節電器提供了多個控制埠，可根據功能需要進行選擇。改造電路圖如下：
圖（2）：改造後主電路圖
3.3節電器主參數
在安裝完節電器後,要對節電器的節電參數進行設置，節電器的相關參數有40多個，但和節電率有關的參數主要有三個，下面作以介紹。
（1）參數名稱：EN.SAVE-LIMIT（MCOS）。
功能定義：設置預期的功率因數調節極限水準。
設置範圍：0.8-0.98；NO LIMIT
意義：該值的設置與電機的銘牌功率因數和實際運行功率因數及功率因數變化特性都有關係。設置太大可能導致電機運行不穩定甚至脫扣；設置太小易出現節電功能關閉，使獲得的節電率偏低。
（2）參數名稱：ENERGY SAVER（PAUSE）。
功能定義：設置最大的節電水準。
設置範圍：0-30
意義：該值的設置與電機的實際運行負荷率有關。設置太大可能導致電機運行不穩定；設置太小易出現節電功能關閉。一般負荷26-30、突變型負荷22-28、柔性負荷0-22
（3）參數名稱：TIME SLOPE-DOWN。
功能定義：設置節電器對負荷變化的回應時間。
設置範圍：0-30
意義：該值的設置與電機的負載類型有關，設置太小可能導致電機運行不穩定；設置太大易出現節電功能關閉。一般負荷10左右、突變型負荷5左右、柔性負荷>15
3.4節電參數調試
根據擠壓機相關工作資料及負荷狀況對節電器進行參數設置。開始我們將MCOS設為 0.92電機空載時表現正常,但一載入節電器就脫扣，說明MCOS設置有些偏高。後來我們將MCOS值設為無限制（NO LIMIT） ，PAUSE值適當加大，回應時間減小些。在空載時節電率有增加，載入後擠壓電機有時有矢速現象，原因是PAUSE值偏大，回應時間也有些偏大。
經過多次調試我們將參數定為表（2）第三行所列參數，擠壓機在空載和載入後電機運行平穩節電效果明顯。對節電率的測定，我們採用對比法。分別測試安裝PowerKing節電器前後擠壓機在空載和載入情況下的電壓、電流以及功率因數，計算出安裝前後的有功和無功功率，得出節電率。
表（2）鋁型材擠壓機節電器參數設置
PowerKing是一種理想的電機節電器，它安裝方便，操作簡單。除節電效果顯著外，還可實現電機軟起動和軟停機功能。節電器通過電流和電壓的即時監測,實現對電動機的全面保護，包括超載、限流、短路、缺相、欠壓／過壓等。 還能實現故障時節電器自動旁路運行，保護設備正常運行。
電機節電器可方便實現就地控制、遠端控制和集中控制。PowerKing電機節電器現已廣泛用於各種動力設備和加工機械。如衝壓機、注塑機、冷紮機、自動扶梯等。對負荷經常變化但轉速恒定，尤其對低負荷率、低功率因數電動機的節電效果更加顯著。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“Power King電機節電器原理及其在鋁型材擠壓機中的應用”，作者為左鵬軍、王留勇。）
需要考慮如工作電壓、運行電流、功率因數、負荷特點、電機功率等因數，綜合做出判斷。電機工作電壓越高、實際運行電流越小、功率因數越低、負荷越輕或輪空時間越長的電機，將會取得越高的節電率，反之節電率將越低。這些因數中負荷率和功率因數兩個指標最關鍵。負荷率和功率因數與節電的關係見表（1）。
表（1）負荷率和功率因數與節電的關係
3 1250T鋁型材擠壓機電動機節電改造
某鋁型材擠壓車間有擠壓機若干台，單機功率均在90KW以上，耗電量較大，電費成本占生產成本的比重相當高。為了幫助工廠降低成本提高企業在市場中的競爭力，特推薦使用PowerKing節電器，先對一台1250T鋁型材擠壓機進行節電改造。在節電改造前，先要對擠壓機工作數據進行採集，確定是否為理想的節電改造物件，然後再開始工作。
3.1 擠壓機工作相關資料
電機銘牌資料：功率：90KW；電壓：380V；電流：170A
電機工作資料：電壓：380V；電流：50--130A變化
電機功率因數：0.45-0.5；負荷率：53%
負荷狀況說明:該負載為輪空型負載，負荷變化比較頻繁，有時會跳變。擠壓機工作一個週期為2分鐘，其中負載時間1分30秒，空載時間30秒。從實測的電流資料來看，其負荷率只有50%左右，功率因數低。因此電機運行效率低，電能浪費較大。屬於比較理想節電改造應用物件。
3.2節電改造後電路
根據擠壓機的電氣參數我們選用PowerKing-110型電機節電器對其進行節電改造。節電器的安裝比較簡單，直接串接在原電動機主回路中，不改變原來的操作方法。節電器提供了多個控制埠，可根據功能需要進行選擇。改造電路圖如下：
圖（2）：改造後主電路圖
3.3節電器主參數
在安裝完節電器後,要對節電器的節電參數進行設置，節電器的相關參數有40多個，但和節電率有關的參數主要有三個，下面作以介紹。
（1）參數名稱：EN.SAVE-LIMIT（MCOS）。
功能定義：設置預期的功率因數調節極限水準。
設置範圍：0.8-0.98；NO LIMIT
意義：該值的設置與電機的銘牌功率因數和實際運行功率因數及功率因數變化特性都有關係。設置太大可能導致電機運行不穩定甚至脫扣；設置太小易出現節電功能關閉，使獲得的節電率偏低。
（2）參數名稱：ENERGY SAVER（PAUSE）。
功能定義：設置最大的節電水準。
設置範圍：0-30
意義：該值的設置與電機的實際運行負荷率有關。設置太大可能導致電機運行不穩定；設置太小易出現節電功能關閉。一般負荷26-30、突變型負荷22-28、柔性負荷0-22
（3）參數名稱：TIME SLOPE-DOWN。
功能定義：設置節電器對負荷變化的回應時間。
設置範圍：0-30
意義：該值的設置與電機的負載類型有關，設置太小可能導致電機運行不穩定；設置太大易出現節電功能關閉。一般負荷10左右、突變型負荷5左右、柔性負荷>15
3.4節電參數調試
根據擠壓機相關工作資料及負荷狀況對節電器進行參數設置。開始我們將MCOS設為 0.92電機空載時表現正常,但一載入節電器就脫扣，說明MCOS設置有些偏高。後來我們將MCOS值設為無限制（NO LIMIT） ，PAUSE值適當加大，回應時間減小些。在空載時節電率有增加，載入後擠壓電機有時有矢速現象，原因是PAUSE值偏大，回應時間也有些偏大。
經過多次調試我們將參數定為表（2）第三行所列參數，擠壓機在空載和載入後電機運行平穩節電效果明顯。對節電率的測定，我們採用對比法。分別測試安裝PowerKing節電器前後擠壓機在空載和載入情況下的電壓、電流以及功率因數，計算出安裝前後的有功和無功功率，得出節電率。
表（2）鋁型材擠壓機節電器參數設置
PowerKing是一種理想的電機節電器，它安裝方便，操作簡單。除節電效果顯著外，還可實現電機軟起動和軟停機功能。節電器通過電流和電壓的即時監測,實現對電動機的全面保護，包括超載、限流、短路、缺相、欠壓／過壓等。 還能實現故障時節電器自動旁路運行，保護設備正常運行。
電機節電器可方便實現就地控制、遠端控制和集中控制。PowerKing電機節電器現已廣泛用於各種動力設備和加工機械。如衝壓機、注塑機、冷紮機、自動扶梯等。對負荷經常變化但轉速恒定，尤其對低負荷率、低功率因數電動機的節電效果更加顯著。
（摘編自《電氣技術》，原文標題為“Power King電機節電器原理及其在鋁型材擠壓機中的應用”，作者為左鵬軍、王留勇。）