如何利用自耦变压器调节负载电流和电压调节器?

时间： 2024-05-12 来源：TOPPOWER（顶源科技）官网

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电机降压启动是一种在电机启动过程中减少通过电机绕组的电流并减少配电电路负载的技术。自耦变压器启动使用抽头三相自耦变压器来提供降压启动。自耦变压器启动是有效的降压启动技术之一。

感应电机和大型同步电机使用自耦变压器将定子电流降低到不会使供电的配电系统负担过重的水平。同步电机有一个由两部分组成的转子。转子具有标准感应电机转子部分和绕线转子部分。同步电机作为感应电机启动，并使用转子的感应部分加速到接近同步速度。当转子接近同步速度时，向绕线转子部分通电，电机进入同步速度（见图1）。

图1. 同步电机作为感应电机启动，使转子达到接近同步速度。

负载电流

当从线路汲取的启动电流必须保持在允许值以下时，自耦变压器启动优于初级电阻器启动，但需要每线路安培的启动扭矩。自耦变压器降压启动用于启动约10马力以上的鼓风机、压缩机、输送机和泵电机。

自耦变压器降压启动可提供每安培线路电流的可能启动扭矩。然而，由于需要自耦变压器，因此安装成本比其他降压启动方法要高。自耦变压器降压启动可用于任何三相电机。

在自耦变压器启动时，电机端电压与负载电流无关。由于电机特性的变化，电机的电流可能会发生变化，但电机的电压保持相对恒定。

自耦变压器启动可以利用匝数比优势来在变压器的负载侧提供比线路侧更多的电流。在自耦变压器启动中，变压器电机电流和线电流与初级电阻启动时不相等。

例如，电机可以具有120%的全压启动扭矩和600%的全压启动电流。电力公司通常将电源线电流消耗设置为400%。此限制适用于变压器的线路侧。由于变压器具有降压比，因此即使变压器初级电流不超过400%，变压器次级上的电机电流也大于线路电流。

在此示例中，可以向电机施加80%的电压，从而产生 80% 的电机电流。由于变压器匝数比为1:0.8，电机仅消耗64%的线电流（80%的80%=64%）（见图2）。

图2. 自耦变压器用于降压电机启动，以减少从电源线汲取的电流。

大型电动机可能不会经常启动。因此，自耦变压器可以在启动期间过载，然后在电机运行时冷却。由于自耦变压器仅在启动电路中短时间工作，因此自耦变压器可以做得比通用变压器更小。它不必承受高持续电流引起的温升。这使得技术人员必须了解在特定时间段内可以启动电机的频率。通常有可能电机无法在所需的时间长度内重新启动以进行冷却。典型的占空比为10秒开启和10分钟关闭。

启动电路

自耦变压器降压电机启动可将启动时施加的电机电压降低至线电压的50%、65%或80%。这是通过在给定时间段内将变压器线圈与电机串联来实现的。当该时间段过去后，电机将连接到全线电压。变压器的适当绕组连接到电机电路，以在启动时提供所需的降压。电压降低导致电流和扭矩降低。

启动自耦变压器通常以星形或开口三角形配置连接。开口三角形配置用于小型电机，星形配置用于大型机器。开口三角形配置提供了一种简单的电压控制方法，特别是当需要多个启动电压时。星形配置比开口三角形配置提供更好的电压平衡。以开口三角形配置连接的变压器要求仅更改两个线圈上的抽头。以Y形配置连接的变压器需要在三个线圈上更换抽头。

不同的抽头使自耦变压器具有多种用途，可以提供不同的电压选项，以减少大型电机定子中的电流（见图3）。电机中的低定子电流不会在转子中产生强磁极。如果转子不启动，可以选择下一个更高的电压启动。

图3. 自耦变压器抽头允许根据负载为电机提供不同的电压。

控制电路由接通延时定时器TR1和接触器线圈C1、C2、C3组成。按下启动按钮PB2使定时器通电，导致线路图第2行和第3行中的瞬时触点TR1闭合。闭合线路2中的常开 (NO) 定时器触点为定时器TR1提供内存，而闭合线路3中的常开 (NO) 定时器触点则完成通过线路 4 的电气路径，为接触器线圈C2通电。线圈C2通电导致线路5中的常开触点C2闭合，从而为接触器线圈C3通电。第3行中的常闭 (NC) 触点还为线圈C1提供电气互锁，以便它们不能一起通电。当线圈C2通电时，接触器C2的常开触点闭合，将自耦变压器的两端连接在一起。当线圈C3通电时，接触器C3的常开触点闭合，并通过变压器抽头将电机连接至电源线，从而以减少的浪涌电流和启动扭矩启动电机。存储器还通过第6行中的触点C3提供给线圈C3。

经过预定时间后，ON延迟定时器超时，NC定时器触点TR1在线路4中打开，使接触器线圈C2断电，并且NO定时器触点TR1在线路3中闭合，对线圈C1通电。此外，线路4中的常闭触点C1提供电气互锁，线路3中的常闭触点C2返回其常闭位置。C2断电和C1通电的终结果是电机连接到全线电压。

电压调节器

自耦变压器可用于为线路电压提供轻微的升压（升压）或轻微的降压（降压），以纠正较小的过压或欠压情况。可以手动设置抽头，或者可以提供自动开关设备来调节抽头，以便将电压调节在期望值。这种用途允许在不中断负载电源的情况下改变电压，并且允许对终用户的电压进行微小的改变。

图4. 自耦变压器与自动开关设备一起使用，对双绕组变压器的输出进行小幅调整。

自耦变压器可以与分接开关结合安装，以在分接开关运行时分配变化的百分比（见图4）。分接开关的位置决定了电路中有多少高压绕组。当分接开关中的开关闭合时，不同量的高压绕组为次级提供磁通。可以调整输出以补偿重负载。高压绕组的一部分的一端可以连接到自耦变压器的中部。此方法用于将5%的分接变化减少到2.5%的变化。这提供了对电路中电压的更紧密的控制。

可变变压器

自耦变压器通常用作可变变压器（见图5）。可变变压器是一种连续可调的自耦变压器，由缠绕在环形铁芯上的单层导线和穿过该绕组的碳刷组成。

电刷轨道是通过从绕组的每匝上去除一部分绝缘体制成的，形成一系列换向器元件。基本原理是抽头变换变压器的原理。电刷始终与一根或多根电线接触，并连续抽出绕组电压的任何所需部分。可以在负载下移除触点而不中断电路。

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