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变压高效无级调速系统
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  • 变压高效无级调速系统20180619摘要:笼型双定子电动机,利用转差功率反馈原理,使用调压装置改变定子电压,实现高效无级电压调速。该系统性价比高于变频调速系统与永磁磁力调速系统(见附件“三种高效无级调速系统对比表”)。
    关键词:双定子 高效调速 电压调速
    无级调速 性价比 反馈 转差功率
    中图分类号:TM306文献标识码: 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").
    风机类设备(风机、水泵、螺旋桨、压缩机等)的功率p与转速n的关系是
    P=kn3 [1]
    可知调速减少功率(即节电)的比例是很大的,于是产生了各种调速方法。
    调速,按不同的分类有电气调速与机械调速;有低效调速与高效调速;有无级调速与有级调速。
    长期以来,风机类设备的无级调速,小功率的使用电压或电磁调速,大、中功率的多使用液力耦合器。它们都是低效调速,因其能耗高正逐渐退出市场。
    变频调速引入国内后,它以较优良的性能,逐渐占领市场,近些年几乎一统无级调速的天下。但变频调速的缺陷也是严重的:价格高、寿命短、难修理、谐波多、功率因数低、环境适应性差......。
    变频器不断发展与完善,解决了谐波和功率因数低等问题,但它价格更高、体积更大、占地太多......。而环境适应性、寿命(名品10年左右)均无提高,由于电子元器件增加太多,可靠性反而更低。因此美国在2004年前就提出逐渐淘汰变频器(见我国环球日报20040107文章)。
    高效电压无级调速系统的出世,使调速技术提到一个新高度。它可靠性高、寿命长、价格低、易修理、使用简单......。
    高效电压无级调速系统由新型鼠笼电机与调控装置组成。调控装置已有成熟技术,此处不再赘述,本文重点介绍高效电压无级调速笼型电机。
    一、高效电压无级调速笼型电机的原理
    1、电压无级调速的原理
    众所周知,三相电动机的转速n
    n=(1-s)60 f / p
    f:电源频率
    P:极对数
    s:转差率
    由电机学可知:s是下列各物理量的函数
    s = f(U1,r1,x1σ,r’2,x’2σ)[2]
    U1、r1、x1σ:定子绕组电压、电阻、漏抗;
    r’2、x’2σ:转子的电阻、漏抗
    由s的函数式可知,通过调节定子电压U1可以改变转差率s的大小,即调节了转速。
    本电机实施调速的措施是:在电动机外壳里,有一个加长的转子,对应大小两个三相定子(见图1)。

    两个定子分别加电U1与U2后,产生转向相同、电角度相差1800的两个旋转磁场。两磁场在转子上感生的电势大小分别是E21与E22,两电势的矢量相差1800电角度,即方向相反。此时转子的合成电势E2的大小:
    E2=E21-E22 (1)
    因为U1>U2→E21>E22,所以转子电流I2
    I2=E21/(r’22+x’2σ2)1/2。
    由式(1)可知,降低E21(对应于大定子U1),使转子合成电势E2降低,从而转子电流I2下降,转子的电磁力矩me
    me=E2*I2*cosφ2 下降
    式中:cosφ2:转子回路的功率因数
    电机的电磁力矩me↓→电机与其带动的风机的转速n↓
    此即U1↓→E21↓→E2↓→me↓→n↓
    反之U1↑→n↑
    上述表明,通过细调定子电压可以细调转子转速,实现无级调速。
    2、高效原理
    本电机采用转差功率反馈原理
    式(1)中,转子的反向电势E22 小于正向电势E21 ,在正向电势E21的作用下,转子产生正向电流I2。反向电势E22 与正向电流I2产生的功率P22:
    P22=-E22*I2 *cosφ2 (3)[3]
    由(3)可知:电势E22在转子上产生的功率P22是负值,表明电势E22吸收功率,即产生E22的小定子吸收功率,小定子将P22反馈给电源,实现转差功率反馈。
    降低U1,转速下降的同时,也使大定子的铁损下降(铁损占大中型电机总损耗的大部)。
    本电机在鼠笼转子上引入附加电势,实现高效电压无级调速,又兼具启动装置的作用,降低启动电流。
    二、高效电压无级调速系统
    该系统包括高效电压无级调速笼型电机与调控装置。
    调控装置有三类。第一类:机械式自耦调压器,用电动调压或用带负载调压开关调压,此方法无谐波、使用简单、环境适应性强,但调压(调速)慢、价格较高、占地较大、维修多、自动控制及与DCS连接需另加电子装置;第二类:电子式斩波交流调压器,价格相对低很多,体积小,谐波极小,便于自动控制与连接DCS,第三类:机械与电子结合式磁阀电抗器,无机械运动、反应快、自动控制方便;但价格较高、有噪音。
    三、样机实测
    近20年来克服种种困难,不断试制样机,屡败屡战,终于研制成较满意的2.2kW样机,经带轴流风机实测,随着电压的上升与下降,风机的转速随着增加或减少,电流均不大于额定值;电压长时停留在额定电压下运行2小时,机壳温升小于250C;转速可以在额定值及以下任一点长时停留。 高效电压无级调系统样机实测见表一。
    ...
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