變壓高效無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)
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- 變壓高效無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)20180619摘要：籠型雙定子電動(dòng)機(jī)，利用轉(zhuǎn)差功率反饋原理，使用調(diào)壓裝置改變定子電壓，實(shí)現(xiàn)高效無(wú)級(jí)電壓調(diào)速。該系統(tǒng)性?xún)r(jià)比高于變頻調(diào)速系統(tǒng)與永磁磁力調(diào)速系統(tǒng)(見(jiàn)附件“三種高效無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)比表”)。
關(guān)鍵詞：雙定子 高效調(diào)速 電壓調(diào)速
無(wú)級(jí)調(diào)速 性?xún)r(jià)比 反饋 轉(zhuǎn)差功率
中圖分類(lèi)號(hào):TM306文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
Abstract: the Squirrel cage double stator motor,Using the slip power feedback principle,Use voltage regulator to change stator voltage,Realize high efficiency stepless voltage speed regulation.The system,The ratio of performance to price is higher than that of frequency conversion speed regulation system and permanent magnet magnetic speed regulation system(See Annex, "Comparative tables of three efficient stepless Speed Control Systems").
風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備（風(fēng)機(jī)、水泵、螺旋槳、壓縮機(jī)等）的功率p與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系是
P=kn3 [1]
可知調(diào)速減少功率（即節(jié)電）的比例是很大的，于是產(chǎn)生了各種調(diào)速方法。
調(diào)速，按不同的分類(lèi)有電氣調(diào)速與機(jī)械調(diào)速；有低效調(diào)速與高效調(diào)速；有無(wú)級(jí)調(diào)速與有級(jí)調(diào)速。
長(zhǎng)期以來(lái)，風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備的無(wú)級(jí)調(diào)速，小功率的使用電壓或電磁調(diào)速，大、中功率的多使用液力耦合器。它們都是低效調(diào)速，因其能耗高正逐漸退出市場(chǎng)。
變頻調(diào)速引入國(guó)內(nèi)后，它以較優(yōu)良的性能，逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)，近些年幾乎一統(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)速的天下。但變頻調(diào)速的缺陷也是嚴(yán)重的：價(jià)格高、壽命短、難修理、諧波多、功率因數(shù)低、環(huán)境適應(yīng)性差......。
變頻器不斷發(fā)展與完善，解決了諧波和功率因數(shù)低等問(wèn)題，但它價(jià)格更高、體積更大、占地太多......。而環(huán)境適應(yīng)性、壽命（名品10年左右）均無(wú)提高，由于電子元器件增加太多，可靠性反而更低。因此美國(guó)在2004年前就提出逐漸淘汰變頻器（見(jiàn)我國(guó)環(huán)球日?qǐng)?bào)20040107文章）。
高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的出世，使調(diào)速技術(shù)提到一個(gè)新高度。它可靠性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、易修理、使用簡(jiǎn)單......。
高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)由新型鼠籠電機(jī)與調(diào)控裝置組成。調(diào)控裝置已有成熟技術(shù)，此處不再贅述，本文重點(diǎn)介紹高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)速籠型電機(jī)。
一、高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)速籠型電機(jī)的原理
1、電壓無(wú)級(jí)調(diào)速的原理
眾所周知，三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n
n=(1-s)60 f / p
f:電源頻率
P:極對(duì)數(shù)
s:轉(zhuǎn)差率
由電機(jī)學(xué)可知：s是下列各物理量的函數(shù)
s = f（U1，r1，x1σ，r’2，x’2σ）[2]
U1、r1、x1σ：定子繞組電壓、電阻、漏抗；
r’2、x’2σ：轉(zhuǎn)子的電阻、漏抗
由s的函數(shù)式可知，通過(guò)調(diào)節(jié)定子電壓U1可以改變轉(zhuǎn)差率s的大小，即調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)速。
本電機(jī)實(shí)施調(diào)速的措施是：在電動(dòng)機(jī)外殼里，有一個(gè)加長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子，對(duì)應(yīng)大小兩個(gè)三相定子（見(jiàn)圖1）。
兩個(gè)定子分別加電U1與U2后，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向相同、電角度相差1800的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。兩磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子上感生的電勢(shì)大小分別是E21與E22，兩電勢(shì)的矢量相差1800電角度，即方向相反。此時(shí)轉(zhuǎn)子的合成電勢(shì)E2的大小：
E2=E21-E22 （1）
因?yàn)閁1＞U2→E21＞E22，所以轉(zhuǎn)子電流I2
I2=E21/(r’22+x’2σ2)1/2。
由式（1）可知，降低E21（對(duì)應(yīng)于大定子U1），使轉(zhuǎn)子合成電勢(shì)E2降低，從而轉(zhuǎn)子電流I2下降，轉(zhuǎn)子的電磁力矩me
me=E2*I2*cosφ2 下降
式中：cosφ2：轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)
電機(jī)的電磁力矩me↓→電機(jī)與其帶動(dòng)的風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n↓
此即U1↓→E21↓→E2↓→me↓→n↓
反之U1↑→n↑
上述表明，通過(guò)細(xì)調(diào)定子電壓可以細(xì)調(diào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
2、高效原理
本電機(jī)采用轉(zhuǎn)差功率反饋原理
式（1）中，轉(zhuǎn)子的反向電勢(shì)E22 小于正向電勢(shì)E21 ，在正向電勢(shì)E21的作用下，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生正向電流I2。反向電勢(shì)E22 與正向電流I2產(chǎn)生的功率P22：
P22=－E22*I2 *cosφ2 （3）[3]
由（3）可知：電勢(shì)E22在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的功率P22是負(fù)值，表明電勢(shì)E22吸收功率，即產(chǎn)生E22的小定子吸收功率，小定子將P22反饋給電源，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差功率反饋。
降低U1，轉(zhuǎn)速下降的同時(shí)，也使大定子的鐵損下降（鐵損占大中型電機(jī)總損耗的大部）。
本電機(jī)在鼠籠轉(zhuǎn)子上引入附加電勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)速，又兼具啟動(dòng)裝置的作用，降低啟動(dòng)電流。
二、高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)
該系統(tǒng)包括高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)速籠型電機(jī)與調(diào)控裝置。
調(diào)控裝置有三類(lèi)。第一類(lèi)：機(jī)械式自耦調(diào)壓器，用電動(dòng)調(diào)壓或用帶負(fù)載調(diào)壓開(kāi)關(guān)調(diào)壓，此方法無(wú)諧波、使用簡(jiǎn)單、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，但調(diào)壓（調(diào)速）慢、價(jià)格較高、占地較大、維修多、自動(dòng)控制及與DCS連接需另加電子裝置；第二類(lèi)：電子式斬波交流調(diào)壓器，價(jià)格相對(duì)低很多，體積小，諧波極小，便于自動(dòng)控制與連接DCS，第三類(lèi)：機(jī)械與電子結(jié)合式磁閥電抗器，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、反應(yīng)快、自動(dòng)控制方便；但價(jià)格較高、有噪音。
三、樣機(jī)實(shí)測(cè)
近20年來(lái)克服種種困難，不斷試制樣機(jī)，屢敗屢戰(zhàn)，終于研制成較滿(mǎn)意的2.2kW樣機(jī)，經(jīng)帶軸流風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)，隨著電壓的上升與下降，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著增加或減少，電流均不大于額定值；電壓長(zhǎng)時(shí)停留在額定電壓下運(yùn)行2小時(shí)，機(jī)殼溫升小于250C；轉(zhuǎn)速可以在額定值及以下任一點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)停留。 高效電壓無(wú)級(jí)調(diào)系統(tǒng)樣機(jī)實(shí)測(cè)見(jiàn)表一。
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