單相交流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)壓節(jié)電器教學(xué)研究

張萍

摘 要：從電路工作原理及調(diào)試兩方面入手，對(duì)單相交流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)壓節(jié)電器教學(xué)進(jìn)行了研究。通過(guò)自動(dòng)調(diào)壓節(jié)電器，合理調(diào)整電動(dòng)機(jī)供電電壓，提高功率因數(shù)和用電效率，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。

關(guān)鍵詞：職業(yè)教育；單相交流電動(dòng)機(jī)；節(jié)電器；工作原理；空載

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-3561（2016）23-0072-01

交流電動(dòng)機(jī)（特別是小功率交流電動(dòng)機(jī)）在空載或輕載時(shí)，激磁電流比例大，功率因數(shù)低，存在一定的有功損耗，用電效率低。為了節(jié)電，必須設(shè)法改善這種不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果空載時(shí)間比較長(zhǎng)，無(wú)疑應(yīng)采用空載自停裝置為好，但對(duì)于負(fù)載變動(dòng)大空載或輕載，滿載頻繁交替出現(xiàn)的場(chǎng)合，顯然采用一種能及時(shí)跟隨負(fù)載輕重變化，自動(dòng)調(diào)整電動(dòng)機(jī)供電電壓的調(diào)壓裝置則是合理的。電動(dòng)機(jī)電壓降低，電流就減少，隨之激磁功率和有功損耗均減少，即提高了功率因數(shù)和用電效率，從而獲得一定的節(jié)電效果。經(jīng)實(shí)測(cè)，一臺(tái)小功率交流電動(dòng)機(jī)采用自動(dòng)調(diào)壓節(jié)電器后，空載電流由原來(lái)的0.25安下降到0.1安左右，即下降了60%之多。

一、引導(dǎo)學(xué)生了解電路工作原理

自動(dòng)調(diào)壓節(jié)電器原理電路見圖①。它由主電路和觸發(fā)控制電路兩部分組成。主電路包括電動(dòng)機(jī)D，電流互感器LH初級(jí)，雙向可控硅SCR。它們互相串連后接到220伏交流電源上。觸發(fā)控制電路可分成三部分：電流互感器LH次級(jí)及電阻R1，整流二極管D1，濾波電容C1，電位器W1構(gòu)成的電流信號(hào)檢測(cè)電路；以三極管T1為核心及有關(guān)電阻R2，R3，電位器W2構(gòu)成的直流放大器；以單結(jié)晶體管T2為核心及有關(guān)電阻R4，R5，電容C3二極管D3，脈沖變壓器MB構(gòu)成的移相觸發(fā)電路。

單結(jié)晶體管T2的同步工作電壓，從220伏電源經(jīng)電容C4，電阻R6降壓，二極管D4-D7全波整流，穩(wěn)壓管DW限幅后獲得。直流放大器的工作電源，則從穩(wěn)壓管兩端極管D2隔離，電容C2濾波后獲得。自動(dòng)調(diào)壓節(jié)電器的工作原理，是利用電流正反饋?zhàn)饔米詣?dòng)調(diào)節(jié)可控制硅導(dǎo)通的大小來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓。電路的具體工作過(guò)程如下：當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載加重，電流增大時(shí)從電位器W1輸出的信號(hào)電壓U1↑，從而使T1甚極電流Ib↑，集電極電流Ic↑，電容C3充電加快，T2發(fā)出的觸發(fā)脈沖提前，可控硅導(dǎo)通角增大，電動(dòng)機(jī)電壓上升。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載減輕電流減小時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)作用與上述相反。調(diào)整T1發(fā)射及電位器W2的阻值，可改變電流正反饋強(qiáng)度。在電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，輸入電壓信號(hào)U1最小，T1甚極電位將高于由電阻R2和R3分壓所確定的發(fā)射極電位，T1處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)電容C3的充電電流僅由電阻R4的阻值R4提供，因此R4的阻值決定了可控硅的最小導(dǎo)通角，也決定了空載電壓的大小。各元件的參數(shù)圖①均已標(biāo)出，脈沖變壓器可選天津東方變壓器廠生產(chǎn)的MB-1型。電流互感器需自制：鐵芯截面尺寸為15×15毫米，次級(jí)用0.2毫米漆包銅絲繞200匝，初級(jí)用適當(dāng)截面的多股塑料線繞若干匝，具體匝數(shù)與電動(dòng)機(jī)容量有關(guān)，需通過(guò)調(diào)試來(lái)確定。

二、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)真調(diào)試

電路安裝完畢，經(jīng)檢查接線無(wú)誤后，應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生按下列順序進(jìn)行調(diào)試，以便獲得較好的節(jié)能效果。

（1）首先確定電阻R4的值。將電位器W1滑動(dòng)觸電調(diào)至最上端，T1得不到輸入信號(hào)電壓U1而保持截止?fàn)顟B(tài)。調(diào)整R4的數(shù)值，使電動(dòng)機(jī)的空載電壓有最低允許值，一般選取100伏左右。

（2）確定電流互感器的初級(jí)匝數(shù)和電阻R1的值。用直流電壓表測(cè)量電容C1兩端的信號(hào)電壓，要求在4伏左右。若小于或大于此值而又相差較多時(shí)，應(yīng)增減電流互感器初級(jí)匝數(shù)，相差不多時(shí)，可通過(guò)改變R1的阻值來(lái)調(diào)整。

（3）電位器W1的整定。電動(dòng)機(jī)仍保持空載運(yùn)行狀態(tài)，在將W2調(diào)至最大值后，調(diào)節(jié)W1使輸入電壓信號(hào)U1逐漸增大，當(dāng)觀察到電動(dòng)機(jī)電壓由100伏上升到110伏時(shí)，說(shuō)明T1已由截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入了放大狀態(tài)，給C3提供了一部分充電電流。這時(shí)W1暫時(shí)保持不動(dòng)，待W2調(diào)整后，再回來(lái)細(xì)調(diào)。

（4）最后進(jìn)行W2的整定。上述三步調(diào)試完成后，人為地給電動(dòng)機(jī)增加負(fù)載，通過(guò)并聯(lián)在電動(dòng)機(jī)兩端的電壓表可以看到負(fù)載增加時(shí)，電壓上升，負(fù)載減小時(shí)，電壓下降的變化規(guī)律。逐漸調(diào)節(jié)W2減小其阻值增強(qiáng)電流正反饋?zhàn)饔?，使電?dòng)機(jī)滿載時(shí)，電動(dòng)機(jī)電壓能接近220伏額定值。特別要注意W2不宜調(diào)得過(guò)小，否則因電流正反饋?zhàn)饔眠^(guò)強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生所謂“自保持”現(xiàn)象，即電動(dòng)機(jī)空載后，電壓不能回降到110伏而繼續(xù)保持滿載電壓220伏左右。W2調(diào)整后，對(duì)空載電壓也有一定影響，將出現(xiàn)高于110伏的情況，這時(shí)再調(diào)W1適當(dāng)減小輸入信號(hào)電壓，使電動(dòng)機(jī)空載電壓回到110伏。W1調(diào)整后還需根據(jù)滿載要求調(diào)整W2，這樣反復(fù)調(diào)整W1和W2幾次，就可達(dá)到空載電壓為110伏，滿載電壓接近220伏的要求。自動(dòng)調(diào)壓節(jié)電器的工作特性如圖②所示，在它的控制下電動(dòng)機(jī)能取得較理想的節(jié)電效果。這樣理論結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)，提高了職校學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘誠(chéng)，杜海江，唐云峰，戴和毅.單相交流斬控補(bǔ)償調(diào)壓裝置研究[J].電力電子技術(shù)，2010（07）.

[2]徐飛，史黎明，李耀華.異步電機(jī)在線參數(shù)觀測(cè)及損耗控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（06）.