一、 前 言 電動機是世界上最大的電能消耗者，使用了大約70％的工業用電。電動機也是世界上最大的能源浪費者。電動機無法智能匹配實際工作消耗的功率，就造成了浪費。在當前，無論哪家節電公司聲稱它擁有哪項節電技術，其基本的節電設備就是變頻器！ 然而，人無完人，金無赤金！變頻器在某些領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、注塑機、抽油機等，負載要求恒速而負載重量卻在不斷變化的設備上，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備改變電路，因此產生故障源，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的智能節電器，也稱之為節電寶。它補充了變頻器的不足，與變頻器互為左右手，優勢互補，共同完成對全世界電動機改造的節電使命！ Powerboss產品通過了CE認證，以及歐盟EMC認證。另外，Powerboss已經經過測試，符合UL 508C /2000，并且獲得了美國與加拿大的ETL標志。 Somar國際有限公司是通過BS EN ISO9001和ISO14001認證的可信賴公司，曾經獲得英國企業女王獎。 2007年8月7日，在中國華北電力科學研究院，醞釀多時的Powerboss智能節電器正式通過了國內權威技術專家的認定。華北電力科學研究院、電機科學研究會、北京電力協會、華北電網屬下各供電公司等出席此會，并就Powerboss節電器的兩大技術要點（軟啟動和節能優化）進行了發言和表態，充分認可并肯定了這個新一代節電環保產品，將會有更遠更長的發展道路，Powerboss將補充變頻器的不足，成為我國電動機節電的一個基礎設備，使我國電動機節電邁上一個新臺階！ 目前Powerboss智能節電器產品已在全世界105個國家和地區設有分公司和代理中心，在進行著銷售、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抽油機在安裝Powerboss后平均節電率高達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，節電率高達35％。 Ø 湖北省節能監測中心為其轄下企業的22kW的混凝土攪拌機安裝了Powerboss，節電率高達17％。 Ø 深圳某大型電器廠20余臺15kW的注塑機，節電率高達24％，回報期短達12個月。且注塑加工的原有設定參數絲毫沒有改變。 Ø 浙江永康某電動工具廠10多臺100噸沖床在安裝Powerboss后，節省了26％的耗電量。 Ø 深圳市羅湖區食用菌廠冷庫的6臺7.5kW、9臺11kW壓縮冷凝機，節電率經長時間測試高達25％。 Ø 廣東忠誠石材公司的數臺37kW圓鋸石材切割機，平均節電率為16.9%。 二、Powerboss的節電原理與變頻器的差異 （一）Powerboss的節電原理： powerboss節電控制器，它能夠自動監測電動機的負荷狀況，根據電機實際負荷的大小，供給電機最適宜的電壓、電流，有效的解決電機在空載、輕負載和變負載狀態下的節電問題，而且不影響電動機的抗過載能力，這是一種保證電機所帶設備可靠穩定運行，全新的電機節電新技術、設備。 和普通的緩沖啟動期一樣， powerboss采用晶閘管來準確的控制所投入的電壓。晶閘管的特性是當感應到脈沖時會迅速的由“關”狀態轉為“開”狀態，直至系數減至零為止，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，便可控制通過晶閘管的電流。當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，供給電機當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，會令供給電機的電壓由較少的數值增加到最大。因為電機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的電壓來控制電機的啟動扭矩，讓電機在預設的時間內平滑加速到最高轉矩，從而達到讓電機軟啟動的目的。 powerboss不需要改變設備原有的參數，在引用范圍上沒有約束，安裝了powerboss后不會影響設備原有的一切工作狀態。 而使用了 powerboss后卻帶來其他的相關效益： 降低了電機的機械勞損，更能有效的減低電機設備的維修成本，減少了電機的發熱，延長了電機的使用壽命。 而且 powerboss可以與遠程控制器和微機端口相接，可輕松實現自動化遠程控制，使設備自動化程度提高。 powerboss采用智能化的微處理器控制，在輕負載的情況下電機的電壓自動降至最低需求，而轉速保持恒定。如果負載增加，電壓將自動上升以防止電機失速。 我們知道，維持電機工作的電流由兩個不同的部分組成：負載或阻性電流（IRI）和感性或勵磁電流（IMI）。當電機的負荷下降，一些參數將發生變化，產生負載轉矩的阻性電流（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。 在輕負荷情況下，阻性電流產生的鐵心損耗也將隨著電壓的降低而減少，因此電機的電耗有效下降，事實上通過降低電壓獲得的節電將隨著負荷的增加而快速減少。 powerboss通過切削電壓波形而降低電機電壓，當電機的電壓降低，磁損耗也就相應的減少，有功損耗和無功損耗也相應的減少，同時使電機的功率因數提高，降低了電機的定子電流，與電流的二次方正比的供電線路損耗、電機繞組的銅損耗顯著減少，電機的鐵損下降，提高了電機的功率。 （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，從而改變電機的輸出扭矩來達到節電的目的。而powerboss并不會改變電源的頻率，它是通過芯片中預設檢測程序來監控輸給電機的電壓和電流之間的相位角的變化，此相位角是隨著電機的負載變化而不斷變化的， 也就是說電機的功率因數在不斷變化的，從而將電機因負載減小而浪費的勵磁電流的節省來達到節能的目的。同時提高了電機的功率因數。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。 在應用的方面，變頻器因改變了電機的頻率可能在某些設備上不能應用，諸如許多不能改變電機轉速的設備上，像自動扶梯，皮帶輸送機等等；而且變頻器在很多應用上，需要改變設備。 Powerboss通過閉環反饋系統控制，其感應電路比較通過電機的電壓和電流波形。由于是感應電路，電壓和電流波形存在時間差，負載越輕，電流波形的滯后越大，空載時電機的效率最低，波形間的間隙越大，微處理器將監測波形間的間隔并相應的調整可控硅的觸發脈沖，其速度為每秒鐘改變100次。這一速度比電機所能響應的速度要快的多，但對防止電機在任何負載工況出現失速是十分必要的。 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荷的恒定轉矩相匹配，則可以使電機的運行效率提高。 Powerboss 通過改變電機的相位角來實現控制。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。可定為電流超前或滯后電壓的量，對于感應電機，電流通常滯后于電壓，功率因數（QPF）是量化的電流-電壓滯后的三角關系。 電機功率因數與相位角關系之描述 在不同的負荷條件下，相位角度將隨之改變。下圖是電機電壓和電流在不同負荷條件下的說明。請注意：在部分負荷條件下，相位角或電壓電流之間的時間滯后將增加。通常在負載情況下，電機的電流滯后于電壓30°；在空載情況下，電機電流滯后于電壓80°。 Powerboss（節電寶）連續檢測電機電壓和電流之間的相位角，依據負荷的變化改變相位角，Powerboss通過使用三端雙向晶閘管等半導體開關元件來“切削”電壓而進行控制。 三端雙向可控硅只允許電源電壓正半周和負半周的一部分供給電壓，如下圖所示：這樣的結果是降低了供給電機的均方根電壓，結果磁滯損耗最小化，相位角回到原來的大小，電機效率提高。為了更好的理解為什么損耗會最小化，首先要分析電機負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載的工作情況，調節其輸出頻率（范圍可以從0.5-150Hz）、電壓和電流，以適應負載的需要，使輸出功率隨負荷的變化而變化，從而達到節能的目的。它的工作方式采用將交流變為直流，再將直流變為交流的模式。最新一代的變頻器產品也有采用直接由交流變為交流的工作模式的。 Powerboss節電寶是通過檢測電機的工作狀態，經過微處理器進行比較和運算，改變其輸出電壓和電流，和負載的狀態相平衡，而不改變電機的轉速，達到節能的效果。對于空載和輕載的電動機而言，電壓可降低20%的額定電壓，可降低30%的額定電流，使電動機的鐵損和銅損及其它損耗大大降低來達到節電的效果。另外，在啟動時節電寶設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矩對電動機及傳動部分的損害，延長了電動機及傳動設備的使用壽命。同樣在停機時節電寶特設的緩停功能，也有同樣的效果。 節電寶采用電力電子元件，但是其器件工作的動態范圍變化不大，工作條件好，電路結構相對簡單，安裝簡便現場條件要求不高；加上生產廠家嚴格的質量控制，使節電寶在節能、延長電動機和設備壽命的基礎上，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與變頻器不同的應用領域： 概括地說：Powerboss可以應用在有電動機的任何領域。然而在負載要求恒速，負載重量卻在不斷變化的領域，變頻器無能為力，Powerboss補充了變頻器的不足，同時更發揮出它自身的優勢。 比如：變頻器通常使用在風機、水泵、電梯、空調等領域。Powerboss同樣可以使用在這些領域。這由客戶主要從性能價格來選擇。 Powerboss在沖床、抽油機、自動扶梯、混凝土攪拌機、輸送帶、壓床、壓縮機、碎石機、研磨機、圓鋸、注塑機等設備上，更發揮出它的節電優勢及性價比。