1   引言

　　水泥行業(yè)主要的用電設(shè)備有破碎機(jī)、球磨機(jī)、輥壓機(jī)和風(fēng)機(jī)四種，這四種設(shè)備占整個(gè)水泥廠耗電量的98%以上，其中破碎機(jī)、球磨機(jī)和輥壓機(jī)在水泥行業(yè)中占耗能的70%，風(fēng)機(jī)占整個(gè)能耗的20%左右。這些大型用電設(shè)備能耗高，而在運(yùn)行中功率因數(shù)過(guò)低，存在大量的無(wú)功損耗現(xiàn)象。因此，如何有效減少此類大中型繞線電機(jī)造成的無(wú)功損耗成為許多水泥廠節(jié)能降耗的關(guān)鍵。尤其是破碎機(jī)和輥壓機(jī)這類負(fù)載變化幅度大、變化速度快的電機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償更是其中的難點(diǎn)。

　　2   無(wú)功功率補(bǔ)償方式的選擇

　　目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)繞線式電機(jī)的就地?zé)o功功率補(bǔ)償方法主要有三種：電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器、電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相器和電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接靜止進(jìn)相器等。這三種補(bǔ)償方式主要適用于電機(jī)負(fù)載基本恒定或緩慢變化的場(chǎng)合，對(duì)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化劇烈的應(yīng)用場(chǎng)合，卻不能取得理想的補(bǔ)償效果。而我公司在多年無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代微電子技術(shù)、交交變頻技術(shù)、優(yōu)化的PID控制策略等先進(jìn)技術(shù)或理論，自主研發(fā)的新型WVP變負(fù)載進(jìn)相器，完美解決了突變式負(fù)載工況下的繞線電機(jī)就地補(bǔ)償難的問(wèn)題，同時(shí)也能夠?qū)徛冐?fù)載及恒定負(fù)載的繞線電機(jī)進(jìn)行有效的就地補(bǔ)償。

　　2.1   電機(jī)定子側(cè)并聯(lián)電容器

　　首先，電容補(bǔ)償只是對(duì)除電機(jī)之外的電網(wǎng)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，減少電網(wǎng)上無(wú)功傳輸量，而對(duì)電機(jī)的電流、功率因數(shù)等運(yùn)行參數(shù)并無(wú)任何改變。其次，由于電容器補(bǔ)償量一般固定不變，即使將電容器分級(jí)來(lái)改變補(bǔ)償量，也不能滿足功率因數(shù)變化頻率高、范圍大、速度快的突變負(fù)載電機(jī)的補(bǔ)償要求。而且電容的運(yùn)行受諧波的影響較大，電容器在諧波存在的情況下運(yùn)行會(huì)造成過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷，危害電容器的使用壽命。

　　2.2   電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相器

　　旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)的，它與電機(jī)的聯(lián)接是通過(guò)滑環(huán)和碳刷實(shí)現(xiàn)的。碳刷怕塵埃，易磨損，壽命短，使旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機(jī)維修量大，需要備用元件，旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機(jī)有噪音，會(huì)產(chǎn)生火花。旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機(jī)的補(bǔ)償量是固定的，不能根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行情況調(diào)節(jié)。另外，旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機(jī)一般直接聯(lián)接在電機(jī)上，如果旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機(jī)出現(xiàn)故障，會(huì)造成電機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)路運(yùn)行或停機(jī)，維修只能在停機(jī)狀態(tài)進(jìn)行，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。

　　2.3   電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接普通靜止進(jìn)相器

　　普通靜止進(jìn)相器無(wú)電容器，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不怕灰塵、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、維修方便，幾乎沒(méi)有聲音，不會(huì)產(chǎn)生火花，沒(méi)有電容器和旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相器不足。進(jìn)相器出現(xiàn)故障后可以自動(dòng)退出運(yùn)行，通過(guò)轉(zhuǎn)接裝置將轉(zhuǎn)子接入起動(dòng)器，電機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行。電機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)進(jìn)相器進(jìn)行維修，維修好后可以不停機(jī)再投入運(yùn)行，能夠很好的保證生產(chǎn)的連續(xù)性。水泥行業(yè)的球磨機(jī)、風(fēng)機(jī)等繞線電機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載比較穩(wěn)定，變化幅度不大，對(duì)于這類電機(jī)，用普通靜止進(jìn)相器就可以取得很好的補(bǔ)償效果，故普通靜止進(jìn)相器逐漸被廣大的水泥用戶接受和認(rèn)可。

　　但普通靜止進(jìn)相器由于補(bǔ)償方式比較單一，補(bǔ)償量基本恒定，在水泥行業(yè)的主要用電設(shè)備的破碎機(jī)和輥壓機(jī)上使用時(shí)，由于破碎機(jī)和輥壓機(jī)的負(fù)載變化幅度大、速度快，容易出現(xiàn)兩種極端現(xiàn)象，要么輕載補(bǔ)償不足，要么重載過(guò)補(bǔ)，不能夠進(jìn)行有效的跟蹤與補(bǔ)償，故達(dá)不到很好的補(bǔ)償效果。

　　2.4   電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接WVP變負(fù)載進(jìn)相器

　　WVP變負(fù)載進(jìn)相器除具有普通靜止進(jìn)相器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，另具有普通靜止進(jìn)相器所不具有的兩大突出特點(diǎn)：

　?。?）WVP變負(fù)載進(jìn)相器具有雙單片機(jī)控制系統(tǒng)，內(nèi)置多種補(bǔ)償模式，能夠自動(dòng)跟蹤負(fù)載變化情況，根據(jù)負(fù)載的變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，使其補(bǔ)償效果無(wú)論在何種負(fù)載狀況下始終保持在理想的補(bǔ)償狀態(tài)，完全滿足負(fù)載突變工況下的無(wú)功補(bǔ)償要求。

　?。?）能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)電機(jī)負(fù)載的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整附加在轉(zhuǎn)子上的電動(dòng)勢(shì)幅值，以使電機(jī)的功率因數(shù)保持在期望值上。因此，WVP變負(fù)載進(jìn)相器在水泥行業(yè)破碎機(jī)和輥壓機(jī)這種變化負(fù)載的工況下，使功率因數(shù)達(dá)到理想的效果，解決了普通靜止進(jìn)相器在這類變化負(fù)載下的補(bǔ)償不夠或過(guò)補(bǔ)的缺陷，使水泥行業(yè)各類繞線電機(jī)得到全面理想的補(bǔ)償。

　　（3）通過(guò)特殊的信號(hào)采樣電路，能夠檢測(cè)電機(jī)輕載情況下的低頻轉(zhuǎn)子電流信號(hào)。

　　3   WVP變負(fù)載進(jìn)相器的工作原理

　　如圖1和圖2所示，WVP變負(fù)載進(jìn)相器利用現(xiàn)代微電子及大功率開(kāi)關(guān)器件組成交交變頻器，把工頻50Hz的交流電壓變換為與轉(zhuǎn)子電流頻率相同、相位滯后轉(zhuǎn)子電流90°的補(bǔ)償電壓作為附加電勢(shì)，在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路加入該附加電勢(shì)來(lái)改變繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電流和電壓的相位關(guān)系，進(jìn)而改變電機(jī)定子電流和電壓的相位關(guān)系，達(dá)到改變電機(jī)功率因數(shù)的目的。同時(shí)根據(jù)電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)的大小，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整附加電勢(shì)的幅值，改變轉(zhuǎn)子電流的大小，以適應(yīng)負(fù)載的變化，達(dá)到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功率因數(shù)的目的。
當(dāng)電機(jī)在某一負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子電流為I2e、定子電流為I1e,向量圖如下所示: