CN103618494A - 电容器补偿型异步电机调压调速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容器补偿型异步电机调压调速装置，解决异步电动机的无功损耗较大与晶闸管调压设备谐波损耗大的问题。包括三相定子绕组分成主、副两组绕组，三相的主绕组wa1、wb1、wc1与三相的副绕组wa2、wb2、wc2分别将同相的主、副两绕组的首端相联而引出A2、B2、C2三个接线端，三个主绕组wa1、wb1、wc1的三个末端依次联接至B1、C1、A1三个端子，三个副绕组wa2、wb2、wc2分别与相同的主绕组的电势相位相同，其绕组末端依次串联C01、C02、C03电容器后联接至C1、A1、B1三个端子，wa1与wa2、wb1与wb2、wc1与wc2三对同相的主绕组与副绕组，其绕组结构及匝数分别相同，各相绕组相互间的电势相角相差2/3π相角。可对风机、泵类的电机在50%—100%额定转速范围内简易地进行调速。
Description
技术领域
本发明属于电机及电气传动学科领域，具体涉及一种电容补偿型异步电机调压调速的装置。
背景技术
在电机技术领域，对其启动电流较大与无功损耗较大问题的研究，可以说是延续了多年的工作。采用双向晶闸管构成的交流调压器，对风机、泵类电机的转速调节或进行所谓的软启动，具有一定的节能效果及造价较低的优点，但其晶闸管必须采用的移相触发方式要形成波形畸变及谐波损耗的问题。采用一种电容内补偿技术，对异步电动机的无功损耗是一种较好的解决办法。例如中国专利03145525.5的交流电动机的内补偿绕组，采用六边形与星形组合的接线方式，并在相对滞后π/3电压相角的绕组段上并联电容器，对串联关系的绕组进行其电流相量的向超前方向转移,对并联关系的绕组向滞后方向转移的电容电流相量叠加，以此产生电机的功率因数接近于1.0的节能效果，但其在电机的负荷变化较大时不便及时调节而严重影响其内补偿效果。现行的交流变频设备，具有调速范围较宽及调速范围精度较高的优点，但对于大量的较大功率的异步电动机，仅需简易且较小的调速范围并需对其无功功率进行补偿，因此使得这种较高造价的变频设备在现场使用还较有限。设法研制一种具有电容补偿功能且能在50%-100%额定转速范围内调速的装置有其广的市场前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决异步电动机的无功损耗较大与晶闸管调压设备谐波损耗较大的问题，提供一种电容器补偿型异步电机调压调速装置。
本发明为实现上述目的采取的技术方案是：包括定子绕组、交流开关、电容器和调节器，三相定子绕组分成主、副两组绕组，三相的主绕组wa1、wb1、wc1与三相的副绕组wa2、wb2、wc2分别将同相的主、副两绕组的首端相联而引出A2、B2、C2三个接线端，其三个接线端先经T1、T2、T3调节器的三只双向晶闸管至A1、B1、C1三个端子，再经交流开关K1至A、B、C三个交流电源端；三个主绕组wa1、wb1、wc1的三个末端依次联接至B1、C1、A1三个端子，或者依次联接至B2、C2、A2三个端子，三个副绕组wa2、wb2、wc2分别与相同的主绕组的电势相位相同，其绕组末端依次串联C01、C02、C03电容器后联接至C1、A1、B1三个端子，或者串联C01、C02、C03电容器后联接至C2、A2、B2三个端子;所述的wa1与wa2、wb1与wb2、wc1与wc2三对同相的主绕组与副绕组，其绕组结构及匝数分别相同，各相绕组相互间的电势相角相差2/3π相角，在其同相的主、副绕组分别的首端相联后共引出9个接线端子。
进一步地，所述的调节器的三只双向晶闸管T1、T2、T3采用移相触发控制方式；所述的电容器C01、C02、C03的额定电压与电机的额定电压采用1-1.15:1的比例，三只电力电容器的总容量与电机的额定功率的数值比例为0.4-0.65:1。
本发明的工作原理是：将三相异步电动机的定子绕组分成磁路耦合的主、副双绕组，并在副绕组上以滞后转移2/3π电角度方式联接电容器，在主绕组的感性电流滞后其电压接近π/6角度与电容器电流超前其电压为π/2角度的相量关系中，使得主、副绕组中的电流相量接近于相位一致而共同产生绕组磁势，并利用电容器的电压受控于主绕组而电流作用于副绕组的关系形成内部补偿效应；用晶闸管调节主、副绕组的电压及电流，能在其电磁转矩取决于电压的变化中简易的对转矩与转速平方成正比的电机在50%-100%额定转速范围内进行调速，并用电容器的抑制电压畸变作用克服晶闸管调压要产生谐波电压的缺陷；图1的用晶闸管控制主、副绕组电压但不控制电容器电压的接线方式，虽然其电容器电流经由两个绕组,但其正、负抵消的关系并不产生磁势，随着晶闸管的触发导通角的冲大，各绕组的电压值逐渐接近于电压值，主、副两绕组中的电流接近于同相位、但副绕组的电流经由串联的电容器而至另一电源端的曲折关系可使整体的功率因数接近于1.0，并使电机的转矩相应增大；图2接线方式可直接用三相晶闸管调压器进行控制，其电容器与各绕组均受晶闸管控制，随着晶闸管触发导通角度的增大，各绕组与电容器的电压及电流相应增大，其电压波形的畸变只能在电容电压较大时得到有效抑制；在副绕组与主绕组保持电势一致，其电流由电容器决定的曲折接线中，电容器电流经副绕组而至另一电源端形成了电容器等效并联于电机T型等值电路的激磁感抗两端的内补偿效应，由此能形成两种能量的内部轮回、降低漏抗压降和磁滞损耗的一系列节能效应；选择合适的电容器容量并及时用晶闸管进行调节，不仅使容性与感性能量互相平衡，还在其绕组电压的变化中使得电磁转矩对应变化，进而在一定的转速范围内能够简易地进行调速；副绕组串联电容器的接线对轻载电机的启动，也能利用其较大的阻抗与电容电流的补偿作用较大幅度的降低启动电流。
本发明的积极效应是：采用双绕组与电容内补偿接线方式，可使其无功电流从内部得到补偿，并使其电流有效值在同等负载下降低20%以上；利用电容器兼有的滤波性能可使晶闸管调压产生的电压波形畸变消除，从而克服晶闸管调压调速的重大缺陷；可对风机、泵类的电机在50%—100%额定转速范围内简易地进行调速。
附图说明
图1是本发明实施例1主回路接线图；
图2是本发明实施例2主回路接线图。
具体实施方式
实施例1
采用Y系列额定电压为380V的异步电动机进行改造，其定转子铁心及机壳均不需变动，仅需将定子绕组按同相的主、副绕组仍保持同一电势相位而分成对等的两部分，若是二路或四路或八路并联的绕组方式，仅需将其端部连线解开而不必变动其铁心线槽中的线圈。绕组结构及匝数相同的三相主绕组Wa1、Wb1、Wc1与三相副绕组Wa2、Wb2、Wc2，分别将同相的主、副两绕组的首端相连而引出A2、B2、C2三个接线端，其三个接线端先经过T1、T2、T3三只双向晶闸管至A1、B1、C1三个端子，再经交流开关K1至A、B、C三个交流电源端，并将三个主绕组Wa1、Wb1、Wc1的末端依次联接至B1、C1、A1三个端子，三个副绕组Wa2、Wb2、Wc2的末端以此串联Co1、Co2、Co3电容器后联接至C1、A1、B1三个端子；三相的主、副绕组是同相的电势相位相同，不同相的电势相位依次端后2/3π电势相位角，在其同相的主、副绕组分别的首段相联后共引出9个端子至接线盒，其绕组的排布方式与常规电机相同。
调节器的三只双向晶闸管T1、T2、T3采用常规的移相触发组件进行控制，以控制相电流的方式对三对绕组进行控制；电容器Co1、Co2、Co3的额定电压取400V—460V，三只电力电容器的总容量(KVAR)与电机的额定功率（KW）的数值比例选择为0.4:1（电容器容量按400V计算）。在K1交流开关闭合但双向晶闸管未触发时，各电容器经主、副绕组的通流回路可达到线电压的有效值，例如C01电容器，经B1—Wa1—Wa2—Co1—C1的回路使得Co1电容器接近于380V电压有效值。竟管电容电流经过Wa1与Wa2两个绕组、但其从Wa1末端进而从Wa2末端出的电容器电流，因其对同一相的绕组是正负抵消而不产生磁势及电势。
当T1晶闸管逐渐触发导通时，Wa1主绕组的电压将逐步增大至A1—B1之间的线电压值，Co1的电容器电流也逐渐转向Wa2绕组单独提供而不再经由Wa1绕组。在三只晶闸管的触发角度变化，电容器容量与电机的感性功率值接近时，随主绕组电压的增大，电机的转速也对应提高，并由相对恒定的电容电流能有效地消减晶闸管调压形成的电压波形畸变，从而达到电容内补偿与转速调节的双重效果。
实施例2
本例的异步电动机改造在原有铁心及绕组结构不变的条件下，仅将其绕组端部的联线改变而成每项有三个接线端的形式。在绕组端部的线头联接中，须将同一磁路极性的绕组连成一组，以便形成主绕组或副绕组单独通电时仍能带较小负载而正常运行。具体接线方式是：将Wa1与Wa2、Wb1与Wb2、Wc1与Wc2三对主、副绕组的首端分别相联而引出A2、B2、C2三个接线端，其三端先经T1、T2、T3晶闸管至A1、B1、C1再经三相交流接触器K1至正相序的交流工频电源端A、B、C；三个主绕组Wa1、Wb1、Wc1的末端依次与B2、C2、A2三端联接，在Wa2绕组末端与C2端之间联接Co1电容器，Co2、Co3电容器对应联接于Wb2与A2、Wc2与B2端点之间。
调节器的T1、T2、T3三只双向晶闸管及其移相触发器件采用现行的三相晶闸管调压器，电容器Co1、Co2、Co3取415V额定电压，三只电力电容器的总容量（KVAR）与电机额定功率（KW）的数值比例取0.65:1.0（电容器按415V计算）。在K1交流开关闭合且三只双向晶闸管触发导通时，主、副绕组及电容器对应通过电流，其电容器的电压也逐步增大。在三个主绕组电压随三只晶闸管触发导通角度逐渐增大的控制中，对应的三个副绕组的电压与电容电流也同步增大。对于风机、泵类的电机、用调节电压方式进行50%—100%额定转速范围内的调速，尤其在调速中同时进行无功功率的调节，具有广泛的实用性及经济性。这种晶闸管的移相导通方式，能用电容器形成的串联补偿效应对低电压时的转速产生稳定作用，从而有效弥补或完善晶闸管调压调速的不足及缺陷。
Claims (2)
1.一种电容器补偿型异步电机调压调速装置，包括定子绕组、交流开关、电容器和调节器，其特征于，三相定子绕组分成主、副两组绕组，三相的主绕组wa1、wb1、wc1与三相的副绕组wa2、wb2、wc2分别将同相的主、副两绕组的首端相联而引出A2、B2、C2三个接线端，其三个接线端先经T1、T2、T3调节器的三只双向晶闸管至A1、B1、C1三个端子，再经交流开关K1至A、B、C三个交流电源端；三个主绕组wa1、wb1、wc1的三个末端依次联接至B1、C1、A1三个端子，或者依次联接至B2、C2、A2三个端子，三个副绕组wa2、wb2、wc2分别与相同的主绕组的电势相位相同，其绕组末端依次串联C01、C02、C03电容器后联接至C1、A1、B1三个端子，或者串联C01、C02、C03电容器后联接至C2、A2、B2三个端子;所述的wa1与wa2、wb1与wb2、wc1与wc2三对同相的主绕组与副绕组，其绕组结构及匝数分别相同，各相绕组相互间的电势相角相差2/3π相角，在其同相的主、副绕组分别的首端相联后共引出9个接线端子。
2.根据权利要求1所述的一种电容器补偿型异步电机调压调速装置，其特征在于，所述的调节器的三只双向晶闸管T1、T2、T3采用移相触发控制方式；所述的电容器C01、C02、C03的额定电压与电机的额定电压采用1-1.15:1的比例，三只电力电容器的总容量与电机的额定功率的数值比例为0.4-0.65:1。
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