自耦降壓?jiǎn)?dòng)原理

自耦降壓?jiǎn)?dòng)是一種電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式，廣泛應(yīng)用于大容量鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中，其目的是為了降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和自身機(jī)械部件的應(yīng)力。在工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，這種方法因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低且啟動(dòng)性能可靠而得到廣泛應(yīng)用。

自耦降壓?jiǎn)?dòng)基本原理

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的核心組件是自耦變壓器，也稱為啟動(dòng)變壓器。該變壓器的一次側(cè)直接與電源相連，二次側(cè)則連接到電動(dòng)機(jī)的定子繞組。自耦變壓器有多個(gè)抽頭，通過(guò)改變接線位置，可以調(diào)整輸出電壓的比例，從而降低供給電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓。

啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)接入的是自耦變壓器二次側(cè)的一部分或全部繞組，由于匝數(shù)比的關(guān)系，二次側(cè)電壓低于一次側(cè)，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)電壓的有效降低。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸提升，當(dāng)達(dá)到一定條件后(如轉(zhuǎn)速接近額定值或者電流減小至一定程度)，會(huì)切換至全電壓運(yùn)行，即直接由電源供電。

自耦降壓?jiǎn)?dòng)的工作過(guò)程主要包括以下步驟：

1. 初始狀態(tài)下，輸入電壓Vin施加在自耦變壓器的原(Primary)繞組上。

2. 當(dāng)開(kāi)關(guān)S1關(guān)閉時(shí)，自耦變壓器的原繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于繞組的極性和Vin相同，感應(yīng)電流Ic通過(guò)S1流入自耦變壓器原繞組。

3. 當(dāng)Ic流入自耦變壓器原繞組時(shí)，通過(guò)自耦變壓器的互感作用，輔(Secondary)繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于繞組的極性相反，感應(yīng)電流Is通過(guò)輔繞組流入電阻RL。

4. 輔繞組上的感應(yīng)電流Is產(chǎn)生的磁場(chǎng)再次通過(guò)互感作用傳輸?shù)皆@組，使得原繞組上的電流I1減小。

5. 原繞組上的電流I1減小后，通過(guò)自耦變壓器的降壓作用，輸出電壓Vo在輔繞組上降低。通常，自耦變壓器次級(jí)設(shè)有多個(gè)抽頭，可以輸出不同的電壓，如初級(jí)的40%、65%、80%等，以便根據(jù)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的需要進(jìn)行選用。

6. 當(dāng)輸出電壓Vo達(dá)到一定程度，在某一時(shí)刻，自耦降壓?jiǎn)?dòng)電路會(huì)自動(dòng)切換至正常工作狀態(tài)。此時(shí)開(kāi)關(guān)S1打開(kāi)，輸入電壓Vin直接施加在正常工作狀態(tài)下的電源電路上。

在這個(gè)過(guò)程中，線路結(jié)構(gòu)緊湊，不受電動(dòng)機(jī)繞組接線方式限制，因此適用于容量較大的電動(dòng)機(jī)。同時(shí)，它還可以根據(jù)允許的啟動(dòng)電流和所需的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩選用不同的變壓器電壓抽頭。

自耦降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流：自耦降壓?jiǎn)?dòng)可以有效地降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流，從而減小電網(wǎng)沖擊負(fù)荷，避免電網(wǎng)負(fù)載的過(guò)載和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬變電流，保護(hù)電氣設(shè)備和線路的安全。

降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電壓波動(dòng)：通過(guò)自耦降壓?jiǎn)?dòng)，可以降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓波動(dòng)，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

提高電動(dòng)機(jī)的效率和延長(zhǎng)使用壽命：自耦降壓?jiǎn)?dòng)可以減少電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)次數(shù)和起動(dòng)負(fù)荷，降低設(shè)備的損耗，從而提高電動(dòng)機(jī)的效率，延長(zhǎng)其使用壽命，并減少維修成本。

操作簡(jiǎn)便：自耦降壓?jiǎn)?dòng)控制柜采用數(shù)字化控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化運(yùn)行。

安全可靠：自耦降壓?jiǎn)?dòng)控制柜具有多重保護(hù)功能，如過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)等，可以有效地保護(hù)電動(dòng)機(jī)和控制柜本身的安全。

缺點(diǎn)：

體積大、成本高：由于自耦降壓?jiǎn)?dòng)所需設(shè)備的規(guī)模較大，因此占用空間較多，同時(shí)制造成本也相對(duì)較高。

調(diào)壓困難：自耦變壓器高、中壓繞組有電的聯(lián)系，可能導(dǎo)致調(diào)壓上的一些困難。

繞組的過(guò)電壓保護(hù)復(fù)雜：高、中壓繞組的自耦聯(lián)系可能使繞組的過(guò)電壓保護(hù)變得復(fù)雜，需要采取額外的保護(hù)措施，如安裝避雷器等。

自耦降壓?jiǎn)?dòng)是一種有效的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法，尤其適用于那些對(duì)啟動(dòng)電流有嚴(yán)格限制，但對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不是特別高的場(chǎng)合。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需結(jié)合具體工況合理選擇電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式，確保既能滿足生產(chǎn)需求又能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。