一、 前 言 電動機(jī)是世界上最大的電能消耗者，使用了大約70％的工業(yè)用電。電動機(jī)也是世界上最大的能源浪費者。電動機(jī)無法智能匹配實際工作消耗的功率，就造成了浪費。在當(dāng)前，無論哪家節(jié)電公司聲稱它擁有哪項節(jié)電技術(shù)，其基本的節(jié)電設(shè)備就是變頻器！ 然而，人無完人，金無赤金！變頻器在某些領(lǐng)域因為手短而無能為力，不是失去作用，就是大打折扣！比如：對于像混凝土攪拌機(jī)、注塑機(jī)、抽油機(jī)等，負(fù)載要求恒速而負(fù)載重量卻在不斷變化的設(shè)備上，變頻器就無用武之地！在商場自動扶梯，工廠傳輸皮帶上，變頻器的出力大打折扣！而且因為變頻器要求對某些設(shè)備改變電路，因此產(chǎn)生故障源，這是用戶很不情意的！以及變頻器體積大，要求散熱空間，接線麻煩等，也為其安裝在某些場合帶來了苦惱！—— 針對以上情況，英國Somar國際有限公司推出了POWERBOSS的智能節(jié)電器，也稱之為節(jié)電寶。它補充了變頻器的不足，與變頻器互為左右手，優(yōu)勢互補，共同完成對全世界電動機(jī)改造的節(jié)電使命！ Powerboss產(chǎn)品通過了CE認(rèn)證，以及歐盟EMC認(rèn)證。另外，Powerboss已經(jīng)經(jīng)過測試，符合UL 508C /2000，并且獲得了美國與加拿大的ETL標(biāo)志。 Somar國際有限公司是通過BS EN ISO9001和ISO14001認(rèn)證的可信賴公司，曾經(jīng)獲得英國企業(yè)女王獎。 2007年8月7日，在中國華北電力科學(xué)研究院，醞釀多時的Powerboss智能節(jié)電器正式通過了國內(nèi)權(quán)威技術(shù)專家的認(rèn)定。華北電力科學(xué)研究院、電機(jī)科學(xué)研究會、北京電力協(xié)會、華北電網(wǎng)屬下各供電公司等出席此會，并就Powerboss節(jié)電器的兩大技術(shù)要點（軟啟動和節(jié)能優(yōu)化）進(jìn)行了發(fā)言和表態(tài)，充分認(rèn)可并肯定了這個新一代節(jié)電環(huán)保產(chǎn)品，將會有更遠(yuǎn)更長的發(fā)展道路，Powerboss將補充變頻器的不足，成為我國電動機(jī)節(jié)電的一個基礎(chǔ)設(shè)備，使我國電動機(jī)節(jié)電邁上一個新臺階！ 目前Powerboss智能節(jié)電器產(chǎn)品已在全世界105個國家和地區(qū)設(shè)有分公司和代理中心，在進(jìn)行著銷售、安裝和使用。 在我國，目前僅一年的時間，就完成了不少成功的案例。 比如： Ø 中國最大油田之一的山東勝利油田，其45kW抽油機(jī)在安裝Powerboss后平均節(jié)電率高達(dá)25%。 Ø 著名的北京順義西單商場8臺9kW的自動扶梯在安裝Powerboss后，節(jié)電率高達(dá)35％。 Ø 湖北省節(jié)能監(jiān)測中心為其轄下企業(yè)的22kW的混凝土攪拌機(jī)安裝了Powerboss，節(jié)電率高達(dá)17％。 Ø 深圳某大型電器廠20余臺15kW的注塑機(jī)，節(jié)電率高達(dá)24％，回報期短達(dá)12個月。且注塑加工的原有設(shè)定參數(shù)絲毫沒有改變。 Ø 浙江永康某電動工具廠10多臺100噸沖床在安裝Powerboss后，節(jié)省了26％的耗電量。 Ø 深圳市羅湖區(qū)食用菌廠冷庫的6臺7.5kW、9臺11kW壓縮冷凝機(jī)，節(jié)電率經(jīng)長時間測試高達(dá)25％。 Ø 廣東忠誠石材公司的數(shù)臺37kW圓鋸石材切割機(jī)，平均節(jié)電率為16.9%。 二、Powerboss的節(jié)電原理與變頻器的差異 （一）Powerboss的節(jié)電原理： powerboss節(jié)電控制器，它能夠自動監(jiān)測電動機(jī)的負(fù)荷狀況，根據(jù)電機(jī)實際負(fù)荷的大小，供給電機(jī)最適宜的電壓、電流，有效的解決電機(jī)在空載、輕負(fù)載和變負(fù)載狀態(tài)下的節(jié)電問題，而且不影響電動機(jī)的抗過載能力，這是一種保證電機(jī)所帶設(shè)備可靠穩(wěn)定運行，全新的電機(jī)節(jié)電新技術(shù)、設(shè)備。 和普通的緩沖啟動期一樣， powerboss采用晶閘管來準(zhǔn)確的控制所投入的電壓。晶閘管的特性是當(dāng)感應(yīng)到脈沖時會迅速的由“關(guān)”狀態(tài)轉(zhuǎn)為“開”狀態(tài)，直至系數(shù)減至零為止，這個原理又稱為自行換向。隨著控制晶閘管在每個供電半弦波（電壓接近0）的開和關(guān)，便可控制通過晶閘管的電流。當(dāng)啟動電越接近供電弦波的尾端時，所容許通過的電流較少，當(dāng)啟動電越接近供電弦波的開始端時，所容許通過的電流就越大。引用這個原理，將兩個晶閘管以反平行的方式連接， powerboss便可控制晶閘管的開和關(guān)，供給電機(jī)當(dāng)時所需的最適用的電壓（參閱下圖）.例如，在某個特定的時間內(nèi)將每個半弦波的啟動點延遲，然后將延遲時間逐漸遞減，會令供給電機(jī)的電壓由較少的數(shù)值增加到最大。因為電機(jī)的扭力是和供電電壓的平方成正比的，POWERBOSS通過晶閘管控制給電機(jī)的電壓來控制電機(jī)的啟動扭矩，讓電機(jī)在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)平滑加速到最高轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到讓電機(jī)軟啟動的目的。 powerboss不需要改變設(shè)備原有的參數(shù)，在引用范圍上沒有約束，安裝了powerboss后不會影響設(shè)備原有的一切工作狀態(tài)。 而使用了 powerboss后卻帶來其他的相關(guān)效益： 降低了電機(jī)的機(jī)械勞損，更能有效的減低電機(jī)設(shè)備的維修成本，減少了電機(jī)的發(fā)熱，延長了電機(jī)的使用壽命。 而且 powerboss可以與遠(yuǎn)程控制器和微機(jī)端口相接，可輕松實現(xiàn)自動化遠(yuǎn)程控制，使設(shè)備自動化程度提高。 powerboss采用智能化的微處理器控制，在輕負(fù)載的情況下電機(jī)的電壓自動降至最低需求，而轉(zhuǎn)速保持恒定。如果負(fù)載增加，電壓將自動上升以防止電機(jī)失速。 我們知道，維持電機(jī)工作的電流由兩個不同的部分組成：負(fù)載或阻性電流（IRI）和感性或勵磁電流（IMI）。當(dāng)電機(jī)的負(fù)荷下降，一些參數(shù)將發(fā)生變化，產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)矩的阻性電流（IR2）和相對不變的感性電流（IM2）合成的相位角將增大，如下圖所示：控制器通過降低電機(jī)的供電電壓而減少感性電流（IM3），起到使相位角趨近原來大小的作用，從而降低磁滯損耗。 在輕負(fù)荷情況下，阻性電流產(chǎn)生的鐵心損耗也將隨著電壓的降低而減少，因此電機(jī)的電耗有效下降，事實上通過降低電壓獲得的節(jié)電將隨著負(fù)荷的增加而快速減少。 powerboss通過切削電壓波形而降低電機(jī)電壓，當(dāng)電機(jī)的電壓降低，磁損耗也就相應(yīng)的減少，有功損耗和無功損耗也相應(yīng)的減少，同時使電機(jī)的功率因數(shù)提高，降低了電機(jī)的定子電流，與電流的二次方正比的供電線路損耗、電機(jī)繞組的銅損耗顯著減少，電機(jī)的鐵損下降，提高了電機(jī)的功率。 （二）Powerboss與變頻器工作原理的差異： 上面說了Powerboss的工作節(jié)電原理，下面我們看看powerboss與變頻器工作原理有何不同： 簡單來說變頻器是通過改變供給電機(jī)電源的頻率，同時保證供電電源隨頻率成正比的變化，從而改變電機(jī)的輸出扭矩來達(dá)到節(jié)電的目的。而powerboss并不會改變電源的頻率，它是通過芯片中預(yù)設(shè)檢測程序來監(jiān)控輸給電機(jī)的電壓和電流之間的相位角的變化，此相位角是隨著電機(jī)的負(fù)載變化而不斷變化的， 也就是說電機(jī)的功率因數(shù)在不斷變化的，從而將電機(jī)因負(fù)載減小而浪費的勵磁電流的節(jié)省來達(dá)到節(jié)能的目的。同時提高了電機(jī)的功率因數(shù)。它和變頻器所用的控制元件基本上相同，都是利用晶閘管的特性來控制的。 在應(yīng)用的方面，變頻器因改變了電機(jī)的頻率可能在某些設(shè)備上不能應(yīng)用，諸如許多不能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)備上，像自動扶梯，皮帶輸送機(jī)等等；而且變頻器在很多應(yīng)用上，需要改變設(shè)備。 Powerboss通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制，其感應(yīng)電路比較通過電機(jī)的電壓和電流波形。由于是感應(yīng)電路，電壓和電流波形存在時間差，負(fù)載越輕，電流波形的滯后越大，空載時電機(jī)的效率最低，波形間的間隙越大，微處理器將監(jiān)測波形間的間隔并相應(yīng)的調(diào)整可控硅的觸發(fā)脈沖，其速度為每秒鐘改變100次。這一速度比電機(jī)所能響應(yīng)的速度要快的多，但對防止電機(jī)在任何負(fù)載工況出現(xiàn)失速是十分必要的。 原則上，在輕載條件下，如果可以將過剩的勵磁電流減少到僅僅與保持負(fù)荷的恒定轉(zhuǎn)矩相匹配，則可以使電機(jī)的運行效率提高。 Powerboss 通過改變電機(jī)的相位角來實現(xiàn)控制。下圖中電壓V與電流I 均以相量形式表示，兩者之間的夾角即相位角?？啥殡娏鞒盎驕箅妷旱牧?，對于感應(yīng)電機(jī)，電流通常滯后于電壓，功率因數(shù)（QPF）是量化的電流-電壓滯后的三角關(guān)系。 電機(jī)功率因數(shù)與相位角關(guān)系之描述 在不同的負(fù)荷條件下，相位角度將隨之改變。下圖是電機(jī)電壓和電流在不同負(fù)荷條件下的說明。請注意：在部分負(fù)荷條件下，相位角或電壓電流之間的時間滯后將增加。通常在負(fù)載情況下，電機(jī)的電流滯后于電壓30°；在空載情況下，電機(jī)電流滯后于電壓80°。 Powerboss（節(jié)電寶）連續(xù)檢測電機(jī)電壓和電流之間的相位角，依據(jù)負(fù)荷的變化改變相位角，Powerboss通過使用三端雙向晶閘管等半導(dǎo)體開關(guān)元件來“切削”電壓而進(jìn)行控制。 三端雙向可控硅只允許電源電壓正半周和負(fù)半周的一部分供給電壓，如下圖所示：這樣的結(jié)果是降低了供給電機(jī)的均方根電壓，結(jié)果磁滯損耗最小化，相位角回到原來的大小，電機(jī)效率提高。為了更好的理解為什么損耗會最小化，首先要分析電機(jī)負(fù)荷變化時將影響哪些因素。 （三）Powerboss與變頻器工作特點的不同： 變頻器是通過檢測負(fù)載的工作情況，調(diào)節(jié)其輸出頻率（范圍可以從0.5-150Hz）、電壓和電流，以適應(yīng)負(fù)載的需要，使輸出功率隨負(fù)荷的變化而變化，從而達(dá)到節(jié)能的目的。它的工作方式采用將交流變?yōu)橹绷?，再將直流變?yōu)榻涣鞯哪Ｊ?。最新一代的變頻器產(chǎn)品也有采用直接由交流變?yōu)榻涣鞯墓ぷ髂Ｊ降摹? Powerboss節(jié)電寶是通過檢測電機(jī)的工作狀態(tài)，經(jīng)過微處理器進(jìn)行比較和運算，改變其輸出電壓和電流，和負(fù)載的狀態(tài)相平衡，而不改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能的效果。對于空載和輕載的電動機(jī)而言，電壓可降低20%的額定電壓，可降低30%的額定電流，使電動機(jī)的鐵損和銅損及其它損耗大大降低來達(dá)到節(jié)電的效果。另外，在啟動時節(jié)電寶設(shè)有緩沖啟動功能有效地降低了啟動電流，減少了電耗和啟動轉(zhuǎn)矩對電動機(jī)及傳動部分的損害，延長了電動機(jī)及傳動設(shè)備的使用壽命。同樣在停機(jī)時節(jié)電寶特設(shè)的緩?fù)９δ?，也有同樣的效果? 節(jié)電寶采用電力電子元件，但是其器件工作的動態(tài)范圍變化不大，工作條件好，電路結(jié)構(gòu)相對簡單，安裝簡便現(xiàn)場條件要求不高；加上生產(chǎn)廠家嚴(yán)格的質(zhì)量控制，使節(jié)電寶在節(jié)能、延長電動機(jī)和設(shè)備壽命的基礎(chǔ)上，在保證正常工作的情況下，具有壽命長，維修率低等特點。 （四）Powerboss與變頻器不同的應(yīng)用領(lǐng)域： 概括地說：Powerboss可以應(yīng)用在有電動機(jī)的任何領(lǐng)域。然而在負(fù)載要求恒速，負(fù)載重量卻在不斷變化的領(lǐng)域，變頻器無能為力，Powerboss補充了變頻器的不足，同時更發(fā)揮出它自身的優(yōu)勢。 比如：變頻器通常使用在風(fēng)機(jī)、水泵、電梯、空調(diào)等領(lǐng)域。Powerboss同樣可以使用在這些領(lǐng)域。這由客戶主要從性能價格來選擇。 Powerboss在沖床、抽油機(jī)、自動扶梯、混凝土攪拌機(jī)、輸送帶、壓床、壓縮機(jī)、碎石機(jī)、研磨機(jī)、圓鋸、注塑機(jī)等設(shè)備上，更發(fā)揮出它的節(jié)電優(yōu)勢及性價比。