在具體的試驗(yàn)中,為了保證試品不會(huì)在閃絡(luò)狀態(tài)下出現(xiàn)短路電流過(guò)小的問(wèn)題,就需要有效的對(duì)試驗(yàn)變壓器的短路電抗進(jìn)行一定程度的降低。單高比套管試驗(yàn)變壓器的電壓等級(jí)處于相對(duì)較低的狀態(tài),所以對(duì)其的短路電抗進(jìn)行降低時(shí),可以通過(guò)鐵心的左右面桿對(duì)低壓繞組進(jìn)行均繞,然后從兩低繞組開(kāi)展并聯(lián),以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)于高低壓繞組之間閉合的加強(qiáng)。對(duì)雙高壓管的變壓器進(jìn)行串級(jí)操作主要是為了有效節(jié)省絕緣,使二次側(cè)低壓繞組同二次測(cè)電壓繞組并不在同一個(gè)鐵心閥上進(jìn)行套裝,并且如果不采取一些合理有效的方法和措施,就會(huì)造成變壓器的短路電抗加大,針對(duì)于此種狀態(tài),通常可以在兩個(gè)鐵心柱上進(jìn)行平衡繞組套裝的操作。
1、匝數(shù)
假定左右兩柱平衡繞做的組數(shù)各為NP0和NP1,且二者的匝數(shù)處于相同狀態(tài),而且在具體的操作中同一次側(cè)低壓在繞組過(guò)程中所產(chǎn)生的匝數(shù)相同,假定該相同額為N0,基于此,我們便可以得到NP0=NP1=N0。
2、連接
可以通過(guò)極性端對(duì)左右兩柱的平衡繞組進(jìn)行連接。如果存在兩柱在平衡繞組中出現(xiàn)繞向不同的問(wèn)題時(shí),應(yīng)該進(jìn)行更正,實(shí)現(xiàn)頭與頭、尾與尾的正常對(duì)接;但是繞向處于一致?tīng)顟B(tài)時(shí),則可以實(shí)現(xiàn)互相得到頭尾連接。以確保整體的規(guī)范性和合理有效性。
3、電流
可能會(huì)因?yàn)槟撤N運(yùn)行中的原因,會(huì)使平衡繞組內(nèi)出現(xiàn)某一種電流的通過(guò)。這主要是因?yàn)樵谡麄€(gè)鐵心回路中,該兩繞組在磁勢(shì)方面,存在著大小相等但方向相反的狀態(tài),這就會(huì)造成整體鐵心回路中難以產(chǎn)生磁通。
4、磁通量
在左右兩側(cè)的平衡繞組對(duì)于所交鏈接收到的磁通量處于不相等的狀態(tài)時(shí),二者所感應(yīng)到的電動(dòng)勢(shì)就會(huì)存在大小不等的現(xiàn)象,在這樣的基本條件下才會(huì)有電流流過(guò)。
1)試驗(yàn)變壓器應(yīng)和操作箱(臺(tái))配套使用,操作箱(臺(tái))的使用方法,請(qǐng)?jiān)敿?xì)參閱操作箱(臺(tái))使用說(shuō)明書(shū)。
2)變壓器外殼、高壓尾必須接地。為確保安全,試驗(yàn)人員和其它被試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)變壓器之間必須保持足夠的距離。
3)試驗(yàn)變壓器的輸出一般應(yīng)串接限流電阻以保護(hù)設(shè)備安全。
如果出現(xiàn)單個(gè)變壓器的電壓在500kv以上,就會(huì)造成電壓費(fèi)用的迅速上升及增加,并且對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的絕緣性能產(chǎn)生極大地影響,另外,也會(huì)造成安裝和運(yùn)輸?shù)睦щy?;谶@樣的狀態(tài),我國(guó)當(dāng)前所使用的單個(gè)變壓器的額定功率一般情況下都不會(huì)超過(guò)750kv。所以在具體應(yīng)用中,如果需要500kv、750kv以上的電壓要求時(shí),就會(huì)通過(guò)變壓串接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常的幾臺(tái)試驗(yàn)器進(jìn)行變壓器串接就是對(duì)幾臺(tái)變壓器進(jìn)行繞組操作進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電壓的疊加,然后整體化的將單臺(tái)變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化的簡(jiǎn)化處理。自耦式串級(jí)變壓器是最為常見(jiàn)的串級(jí)式變壓器。
高壓試驗(yàn)高壓器是根據(jù)機(jī)電部《試驗(yàn)變壓器》標(biāo)準(zhǔn)在原同類產(chǎn)品基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)大量改進(jìn)后而生產(chǎn)的,交直流高壓試驗(yàn)變壓器是在YD系列試驗(yàn)變壓器的基礎(chǔ)上按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《JB∕T 9641-199...
你好,10kV設(shè)備的小型耐壓試驗(yàn)用3kVA 200V/50kV的試驗(yàn)變壓器,油浸式的2500元左右、干式的5000元左右,無(wú)放電的價(jià)格稍高。
單相、變壓比大(從0.2KV升到75KV),通過(guò)自偶調(diào)壓器(在輸入的低壓側(cè))可以滑動(dòng)平穩(wěn)調(diào)壓(升降),體積小、輸出電流也小,具有高壓低電流的特點(diǎn)。 【補(bǔ)充說(shuō)明】 ...
在串級(jí)試驗(yàn)變器基本原理圖中,低壓電源加在試驗(yàn)變壓器I的初級(jí)繞組a1x1上,單臺(tái)試驗(yàn)變壓Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的輸出電壓都是V。勵(lì)磁繞組A1、C1給第二級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅱ的初級(jí)繞組供電;第二級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅱ的勵(lì)磁繞組A2、C2給第三級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅲ的初級(jí)繞組供電。第二級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅱ和第三級(jí)試驗(yàn)變壓器Ⅲ的箱體分別處在對(duì)地為1V和2V的高電位上,所以箱體對(duì)地是絕緣的,試驗(yàn)變壓器I的箱體是接地的。
由幾臺(tái)單臺(tái)試驗(yàn)變壓器組成是串級(jí)式高壓試驗(yàn)變壓器的主要運(yùn)行特點(diǎn),單臺(tái)試驗(yàn)變壓器具有電壓低、容量小、重量輕的特點(diǎn),所以極易于進(jìn)行安裝和運(yùn)輸,也造成了串級(jí)式高壓試驗(yàn)變壓器自身的特點(diǎn),而且其既可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)試驗(yàn)變壓器通過(guò)串接之后形成高幾倍的狀態(tài),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電壓組合使用,同時(shí)也可以直接分離成幾套單臺(tái)試驗(yàn)變壓器單獨(dú)進(jìn)行使用。
它既然可串接成高出幾倍的單臺(tái)試驗(yàn)變壓器輸出電壓組合使用,又可分開(kāi)成幾套單臺(tái)試驗(yàn)變壓器單獨(dú)使用。
(根據(jù)客戶自身需求選購(gòu),非標(biāo)配產(chǎn)品)
1. 操作系統(tǒng):
XC、系列操作箱:容量:1KVA – 5KVA 輸入電壓:0.22KV。
TC、系列操作臺(tái):容量:10KVA – 300KVA 輸入電壓:0.22KV、0.38KV。
2. 保護(hù)式數(shù)字微安表 MSA 。–
3. 阻容式交直流分壓器 RCF – 50、100、150、200KV。
4. 高壓直流放電棒 FZ – 70、140、210KV。
5. 高壓硅堆 2DL – 150、300、450KV。
6. 絕緣支架 50、100、200、300KV。
7. 高壓濾波電容 0.01uF – 0.1uF,40 – 100KV。
8. 均壓球。
9. 保護(hù)球隙 Q – 50、100、150、200、250、500。
10. 標(biāo)準(zhǔn)試油杯 400ml。
11. 介質(zhì)油杯。
12. 折疊式小推車(chē) 150、300型。
13. 水電阻。
14. 高壓驗(yàn)電器 10KV 35KV。
15. 高壓定相器 10、35、110KV 220KV。
16. 各種萬(wàn)用表、兆歐表及測(cè)試線。
如果在試驗(yàn)變壓器中存在短路電抗大的現(xiàn)象,就會(huì)使試驗(yàn)設(shè)備的短路容量出現(xiàn)嚴(yán)重的降低現(xiàn)象,進(jìn)而會(huì)對(duì)絕緣子的污閃或濕閃電壓得到的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。另外,如果試驗(yàn)變壓器經(jīng)常性的接觸電容性負(fù)載,當(dāng)電容性電流在試驗(yàn)調(diào)壓器和變壓器的短路電抗流過(guò)時(shí),就會(huì)使所輸出的電壓超過(guò)變電器的兩側(cè)定額數(shù)值要求。所以,試驗(yàn)變壓器的短路電抗值不宜出現(xiàn)過(guò)大的狀態(tài)。
標(biāo)稱試驗(yàn)變壓器容量Pn的確定公式:Pn=KVn2ωCt×10-9。
式中: Pn----標(biāo)稱試驗(yàn)變壓器容量(KVA)。
Vn-----試驗(yàn)變壓器的額定輸出高壓的有效值(KV)。
K-------安全系數(shù)。K≥1,標(biāo)稱電壓Vn≥1MV時(shí),K=2,標(biāo)稱電壓較低時(shí),K值可取高一些。
Ct------被試品的電容量(PF)。
ω----角頻率,ω=2πf,f-----試驗(yàn)電源的頻率。
被試設(shè)備的電容量Ct可由交流電橋測(cè)出。Ct的變化很大,可由設(shè)備的類型而定。典型數(shù)據(jù)如下:
簡(jiǎn)單的橋式或懸式絕緣子 幾十微法。
簡(jiǎn)單的分級(jí)套管 100 – 1000PF。
電壓互感器 200 – 500PF。
電力變壓器 < 1000KVA - 1000PF> 1000KVA 1000 – 10000PF。
高壓電力電纜和油浸紙絕緣 250 – 300PF/m。
氣體絕緣 - 60PF/m。
封閉變電站,SF6氣體絕緣 100 – 10000PF。
對(duì)于不同的試驗(yàn)電壓Vn,選擇不同的(適當(dāng)?shù)?安全系數(shù)K。以上列出不同的Vn所選用的K值供參考:
Vn = 50 – 100KV K=4 Vn = 150 – 300KV K=3 Vn > 300KV K=2。
1、串級(jí)試驗(yàn)變壓器的優(yōu)點(diǎn)
(1)不會(huì)出現(xiàn)單個(gè)變壓器電壓過(guò)高的現(xiàn)象,且對(duì)于絕緣結(jié)構(gòu)的制作相對(duì)簡(jiǎn)單方便,材料用價(jià)極為便宜。另外,由于單件結(jié)構(gòu)處于整體較輕的狀態(tài),所以也不會(huì)造成試驗(yàn)變壓器得到整體過(guò)重現(xiàn)象,安裝和運(yùn)輸極為方便。
(2)可以進(jìn)行接線改變,以為三相試驗(yàn)提供方便。通過(guò)改接的實(shí)現(xiàn),能夠使變壓器進(jìn)行相互的并聯(lián),進(jìn)而進(jìn)行大負(fù)荷電流的供給。實(shí)現(xiàn)三相試驗(yàn)接線的改接時(shí),能夠使相應(yīng)的電壓進(jìn)行降低。
(3)如果需要試驗(yàn)變壓器的電壓處于較低狀態(tài)時(shí),則可以只選用其中的某一兩臺(tái)變壓器進(jìn)行,能夠有效的降低電壓且不至于出現(xiàn)電源發(fā)動(dòng)機(jī)激磁過(guò)小的狀況,操作相對(duì)方便簡(jiǎn)單。并且在串級(jí)變壓器臺(tái)數(shù)減少的基礎(chǔ)上,能夠使總試驗(yàn)過(guò)程中回路短路的電抗有效降低。
(4)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)方式的問(wèn)題,每一臺(tái)變壓器也可以單獨(dú)出來(lái)實(shí)現(xiàn)各自具體的使用,這就會(huì)造成工作地點(diǎn)和范圍的增多,并且如果其中的某一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí),并不會(huì)影響整體的正常操作,能夠有效的實(shí)現(xiàn)損失的。
2、串級(jí)試驗(yàn)變壓器的缺點(diǎn)
(1)自耦式變壓器是串級(jí)試驗(yàn)變壓器的最常見(jiàn)裝置,所以在其運(yùn)行狀態(tài)中,上一級(jí)的變壓器功率需要由下一級(jí)進(jìn)行供給,這樣的狀態(tài)就會(huì)造成裝置整體的利用率低下。并且在進(jìn)行絕緣運(yùn)行和處理時(shí),變壓器提供給各級(jí)激磁的裝置會(huì)因?yàn)榻^緣的作用也使整體的利用率處于較低的狀態(tài)。
(2)低壓繞組和激磁繞組中出現(xiàn)的漏抗多是由絕緣變壓器中所出現(xiàn)的現(xiàn)象所造成的,如果出現(xiàn)級(jí)數(shù)增加的狀況時(shí),則會(huì)使總的電抗不斷的增加甚至是加劇,所以一般情況下的串級(jí)數(shù)不應(yīng)該大于四級(jí),但是在具體的應(yīng)用中并沒(méi)有有效的實(shí)現(xiàn)。
(3)在串級(jí)高壓試驗(yàn)變壓器中,如果出現(xiàn)過(guò)電壓的現(xiàn)象時(shí),就會(huì)使總級(jí)間的瞬態(tài)電壓存在分布不均勻的狀態(tài),一定情況下甚是會(huì)發(fā)生激磁繞組或者套管閃絡(luò)中的絕緣故障。
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在電力系統(tǒng)的用戶現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中,串級(jí)式高壓試驗(yàn)變壓器得到了廣泛的應(yīng)用,其主要是對(duì)各種高壓電器設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行檢測(cè),而且實(shí)踐證明,其自身的特點(diǎn)極為適用于高原山區(qū)或者野外,并具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。本文主要是對(duì)串級(jí)高壓試驗(yàn)變壓器的技術(shù)特性進(jìn)行分析和說(shuō)明。
十幾年前,串級(jí)調(diào)速作為一種高效率的交流無(wú)級(jí)調(diào)速曾經(jīng)盛行一時(shí),隨著近代變頻調(diào)速的興起,串級(jí)調(diào)速日漸蕭條,被認(rèn)為是落后的調(diào)速技術(shù).如何評(píng)價(jià)交流調(diào)速技術(shù)的優(yōu)劣,不同的需求有不同的標(biāo)準(zhǔn)。但普遍的共識(shí)是:⑴ 效率高;⑵ 調(diào)速平滑即無(wú)級(jí)調(diào)速;⑶ 調(diào)速范圍寬;⑷調(diào)速產(chǎn)生的負(fù)面影響(如諧波、功率因數(shù)等)??;⑸成本低廉。
既然串級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速有一致的調(diào)速特性。特點(diǎn)和性能:1)串級(jí)調(diào)速的控制設(shè)備焦復(fù)雜,成本較高,控制困難。因?yàn)檗D(zhuǎn)子回路串入了一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子電壓頻率相同的外加電壓,且要隨頻率變化是相當(dāng)困難的。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,通常是將轉(zhuǎn)子外加電壓用整流器整流成可控的直流電壓來(lái)代替交變電壓。2)串級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性較硬,調(diào)速平滑性好,轉(zhuǎn)差功率損耗小,效率較高。3)低速時(shí),轉(zhuǎn)差功率損耗較大,功率因素較低,過(guò)載能力較弱。4)串級(jí)調(diào)速范圍一般為(2~4):1,適用用于大容量的通風(fēng)機(jī),提升機(jī)等泵類負(fù)載。5)串級(jí)調(diào)速電機(jī)要求是滑環(huán)電機(jī),電機(jī)滑環(huán)碳刷需要經(jīng)常更換維護(hù),相比異步電機(jī)維護(hù)費(fèi)用增加。6)串級(jí)調(diào)速裝置,為了順利啟動(dòng),會(huì)配合轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)方式,拉到需要轉(zhuǎn)速之后,逆變器配合觸發(fā)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。
首先串級(jí)控制對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力。其次,由于副回路的存在,減小了控制對(duì)象的時(shí)間參數(shù),從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。再者串級(jí)控制提高了系統(tǒng)的工作頻率,改善了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。最后,串級(jí)系統(tǒng)有一定的自適應(yīng)能力。
傳統(tǒng)理論的質(zhì)疑與商榷
認(rèn)為串級(jí)調(diào)速?gòu)膶儆谧冝D(zhuǎn)差率原理,是根據(jù)傳統(tǒng)電機(jī)學(xué)的異步機(jī)轉(zhuǎn)速公式(1)而得出的。但深入分析,這個(gè)表達(dá)式卻只是個(gè)人為的定義式,并非公式。不僅不能作為串級(jí)調(diào)速的理論依據(jù),也不能成為其他交流調(diào)速的指導(dǎo)公式。公式是客觀規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式,它只能產(chǎn)生于科學(xué)分析和實(shí)踐,而不能產(chǎn)生于人為的定義。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)學(xué)的異步機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式是這樣建立的,首先定義轉(zhuǎn)差率s,令 (2),式中: n1為同步轉(zhuǎn)速;n 為機(jī)械轉(zhuǎn)速。由式(2),經(jīng)代數(shù)變換得(3)。由于初等變換不改變等式性質(zhì),可見(jiàn)表達(dá)式(3)仍然是定義式,它是式(2)的另外一種表達(dá)形式。又,由于(4)將式(4)代入定義式(3),于是有表達(dá)式(1)。應(yīng)該注意,式(3)與式(1)沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別,盡管式(4)是公式,但它僅僅起到參數(shù)變換作用,并沒(méi)有改變式(1)、(3)的定義式性質(zhì)。因此轉(zhuǎn)速表達(dá)式(1)只是人為的定義式,并非公式,自然不能成為交流調(diào)速的理論依據(jù),否則就犯了基本的邏輯錯(cuò)誤。
另外,轉(zhuǎn)差率改變與否和調(diào)速性能的優(yōu)劣并沒(méi)有明確的關(guān)系,不能把轉(zhuǎn)差率當(dāng)作效率。轉(zhuǎn)差功率定義為 ,系指電磁功率中沒(méi)有轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率的部分,至于是否成為損耗,并未確定。在自然運(yùn)行時(shí),可以狹義地認(rèn)為轉(zhuǎn)差功率就是損耗功率,而擴(kuò)展到調(diào)速,例如串級(jí)調(diào)速,轉(zhuǎn)差功率可以以電能形式傳輸,并不成為損耗而降低調(diào)速效率。實(shí)際的交流調(diào)速也不能簡(jiǎn)單地依照表達(dá)式(1)進(jìn)行,例如單純地改變頻率而不改變定子電壓,當(dāng)頻率低于額定值時(shí),電機(jī)將劇烈發(fā)熱,不能正常運(yùn)行;又如,只改變極數(shù)而不相應(yīng)改變有效串聯(lián)匝數(shù),電機(jī)同樣無(wú)法工作。以上兩例都是依循表達(dá)式(1)操作的,結(jié)果卻遭失敗,如果公式是科學(xué)的,絕不應(yīng)該出現(xiàn)這樣例外。
交流調(diào)速的功率控制原理
為了探求異步機(jī)調(diào)速的實(shí)質(zhì),以及便于深入分析,應(yīng)首先建立異步機(jī)的物理模型。根據(jù)異步機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與傳輸原理,異步機(jī)等效于圖1的功率圓模型。圖1A鼠籠轉(zhuǎn)子的異步機(jī)模型 圖1B 繞線轉(zhuǎn)子的異步機(jī)模型
電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備。異步機(jī)的定子與電源相聯(lián),從中吸收電功率P1,同時(shí)吸收感性無(wú)功功率建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的主要功能是將定子的電磁功率傳輸給轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子則將電磁功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率,因此,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可等效為聯(lián)接定、轉(zhuǎn)子的功率傳輸通道,為與電傳導(dǎo)方式相區(qū)別,稱為感應(yīng)通道。主磁通 是電磁感應(yīng)中極為重要的參數(shù),可以形象地認(rèn)為是感應(yīng)通道暢通與否的標(biāo)志,為了保證感應(yīng)通道暢通,應(yīng)使主磁通保持設(shè)計(jì)伊始的常量,否則將使功率傳輸?shù)膿p耗增大,并且影響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能。定、轉(zhuǎn)子之間傳輸?shù)碾姽β史Q為電磁功率,也是轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率的源泉。定子的電磁功率為(5),即輸入功率與損耗功率之差,轉(zhuǎn)子的電磁功率則為(6),為機(jī)械功率與轉(zhuǎn)子損耗功率之和。應(yīng)該注意,定、轉(zhuǎn)子的電磁功率相等,只是表達(dá)形式不同。對(duì)于鼠籠型異步機(jī),轉(zhuǎn)子電壓和電流是短路、封閉的,不能為外界所控制,因此,鼠籠型異步機(jī)轉(zhuǎn)子只有一個(gè)械輸出端口。繞線型異步機(jī)的轉(zhuǎn)子則是開(kāi)啟的,并受外部控制才能形成電氣回路,因此具有機(jī)械和電氣兩個(gè)輸出端口。轉(zhuǎn)速產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子,因此是調(diào)速的主要分析對(duì)象。根據(jù)力學(xué)原理,異步機(jī)的角速度(7),其中:PM為異步機(jī)機(jī)械功率;T為輸出轉(zhuǎn)矩。根據(jù)異步機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與守恒,轉(zhuǎn)子的功率方程為(8),其中:Pem為異步機(jī)轉(zhuǎn)子的電磁功率;為轉(zhuǎn)子的損耗功率。因此,異步機(jī)輸出角速度表為(9)。式中的 (10),稱為理想空載角速度;(11),稱為角速度降。量綱變換后,有(12),式中的 (13),即為理想空載轉(zhuǎn)速;(14),為轉(zhuǎn)速降。
異步機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速表達(dá)為電磁功率與電磁轉(zhuǎn)矩之比,其含義是:在假定轉(zhuǎn)子無(wú)損耗的理想狀態(tài)下,異步機(jī)的全部電磁功率都轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率所能獲得的轉(zhuǎn)速。由于這種假設(shè)只有在理想空載的條件下才能實(shí)現(xiàn),故稱理想空載轉(zhuǎn)速。理想空載轉(zhuǎn)速取決于電磁功率,是異步機(jī)調(diào)速非常重要的參量。轉(zhuǎn)速降即為轉(zhuǎn)速損失,取決于損耗功率。
按照公式(7),轉(zhuǎn)矩T似乎也應(yīng)該成為調(diào)速的控制參量,實(shí)際上是不可能的。電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行必須遵循轉(zhuǎn)矩平衡方程式,即電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等(15)。負(fù)載轉(zhuǎn)矩是由機(jī)械負(fù)載本身性質(zhì)決定的,既不取決于電機(jī)性能也不取決于調(diào)速與否,電磁轉(zhuǎn)矩只能服從客觀存在的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,不能隨意改變,否則,破壞了轉(zhuǎn)矩平衡方程式,電機(jī)將無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。由此可見(jiàn),交流調(diào)速的實(shí)質(zhì)在于控制其機(jī)械功率,電氣上有電磁功率控制和損耗功率控制兩種原則。電磁功率控制改變的是理想空載轉(zhuǎn)速,機(jī)械特性為平行曲線,是高效率節(jié)能型調(diào)速;而損耗功率控制則是增大轉(zhuǎn)速降,機(jī)械特性為匯交曲線,是低效率的耗能型調(diào)速。調(diào)速性能取決于調(diào)速原理,選擇定子控制還是轉(zhuǎn)子控制,僅僅是對(duì)象的不同,并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。以上就是交流調(diào)速的功率控制原理,為了便于稱謂,簡(jiǎn)稱為P理論。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理,異步機(jī)轉(zhuǎn)子的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩方程為(16);(17)。其中,轉(zhuǎn)矩系數(shù) (18)。根據(jù)功率控制原理所得出的公式(10),異步機(jī)的理想空載角速度為(19),其中的電勢(shì)系數(shù): (20)。換算成每分鐘轉(zhuǎn)速,同乘以 ,有(21),其中的轉(zhuǎn)子電勢(shì)系數(shù) (22)。表明異步機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子開(kāi)路電勢(shì)E2成正比,與主磁通量 成反比。至于電勢(shì)系數(shù),在電機(jī)設(shè)計(jì)制造已確定,可以當(dāng)作常量,改變理想空載轉(zhuǎn)速可以通過(guò)1) 恒磁調(diào)壓方法。即,使主磁通 不變,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓(電勢(shì))。2) 恒壓弱磁方法。即,使轉(zhuǎn)子電壓不變,減小主磁通。改變轉(zhuǎn)子電勢(shì)有電傳導(dǎo)和磁感應(yīng)兩種方法,電傳導(dǎo)方法用于轉(zhuǎn)子控制調(diào)速,其理想空載轉(zhuǎn)速為(23);感應(yīng)法用于定子控制調(diào)速,理想空載轉(zhuǎn)速則為(24)。公式(23)(24)物理意義鮮明,具有普遍性,實(shí)際上,變頻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、以及將介紹的內(nèi)饋調(diào)速等高效率交流調(diào)都是依據(jù)該公式實(shí)現(xiàn)的。
串級(jí)調(diào)速的功率控制原理
串級(jí)調(diào)速是基于轉(zhuǎn)子的電磁功率控制調(diào)速。串級(jí)調(diào)速的功率控制原理是:從轉(zhuǎn)子入手控制異步機(jī)的電磁功率,從而改變理想空載轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子的部分功率被移出,總的電磁功率減小,理想空載轉(zhuǎn)速降低,是一種低同步調(diào)速系統(tǒng)。如果轉(zhuǎn)子通過(guò)電傳導(dǎo)另外得到的部分功率,總的電磁功率增加,理想空載轉(zhuǎn)速將超過(guò)同步轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)超同步調(diào)速。這種能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)方向功率控制的系統(tǒng),即可實(shí)現(xiàn)低同步和超同步兩種調(diào)速,稱為雙饋調(diào)速。利用功率控制原理推導(dǎo)出的公式(23) ,可以使串級(jí)調(diào)速得到簡(jiǎn)明、量化的分析。通過(guò)電傳導(dǎo)的方法在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)附加電勢(shì)Ef,可以改變轉(zhuǎn)子的合電勢(shì),從而改變理想空載轉(zhuǎn)速。而磁通由定子電勢(shì)和頻率決定,故不改變。于是串級(jí)調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒磁通(即恒轉(zhuǎn)矩)的高效率的無(wú)級(jí)調(diào)速。應(yīng)該指出,改變理想空載轉(zhuǎn)速才是調(diào)速的關(guān)鍵所在,至于同步轉(zhuǎn)速改變與否并不重要。在串級(jí)調(diào)速中,理想空載轉(zhuǎn)速可調(diào),而同步轉(zhuǎn)速不變,事實(shí)證明了理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速?zèng)]有必然的聯(lián)系。
與高壓交流調(diào)速的定子控制(變壓變頻)對(duì)比,作為轉(zhuǎn)子控制的串級(jí)調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn):高壓調(diào)速,低壓控制。經(jīng)濟(jì)、可靠。控制裝置功率小于電機(jī)功率,可以在調(diào)速范圍滿足需求的前提下,減小控制裝置的容量。一元控制,技術(shù)簡(jiǎn)單。主磁通自然恒定,只需單一控制附加電勢(shì)。調(diào)速控制與機(jī)械輸出成并聯(lián)關(guān)系,故障時(shí)可以短路轉(zhuǎn)子,旁路控制裝置,使異步機(jī)自然運(yùn)行,提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。諧波畸變小。由于轉(zhuǎn)子與定子的氣隙隔離作用,定子電流的畸變較小。當(dāng)然,轉(zhuǎn)子控制也存在明顯的缺點(diǎn),就是滑環(huán)和電刷問(wèn)題。一方面使電機(jī)成本增高(約比鼠籠機(jī)高出10—15%),另外增加了電機(jī)維護(hù)量(大約每運(yùn)行一年左右需要更換電刷)。要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子無(wú)刷控制,技術(shù)難度較大。但可以改進(jìn)電刷和滑環(huán)的工藝和材料,減小維護(hù),提高壽命,這一目的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。