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  • 双电源供电与电动机转向关系

    文/ 发布于2017-08-11 浏览次数:654

      0 引言

      矿井作为一级供电负荷,需由双回路供电,其两回路可能来自同一电源也可能来自两独立电源,电压等级多为6kV,电缆线路多,负载主要是三相异步电动机。在其中一电源回路更换电缆或新线路投入使用时,都需要确保所带的三相电动机的转向与原转向一致,传统的做法是带电测试,此项工作费时费力,还需要有闲置的高压电动机。针对这种情况,本文在阐述三相交流电动机的转向原理的基础上,讨论两电源的相序与三相异步电动机转向之间的关系,提出了一种简单可行的解决方案。

      1 三相异步电动机的转向原理

      三相异步电动机起动时,定子绕组加上三相对称正序电压产生对称正序电流,从而产生旋转磁场,由于转子与旋转磁场有相对运动,根据电磁感应定律,在转子中产生感应电动势,闭合的转子绕组回路中即产生感应电流,流过此电流的转子导体在磁场中产生电磁力,作用在转子上形成转矩,使转子旋转起来。转子导体在磁场中受力方向遵循左手定则,在感应电动机中受力形成的转矩方向与定子绕组产生的旋转磁场方向一致,电磁转矩为驱动转矩。转子的转向决定于定子绕组产生的旋转磁场方向,而旋转磁场由旋转磁动势产生。

      由交流电机的旋转磁场理论可知,三相绕组的基波合成磁动势是一个旋转行波。忽略与转向无关的转子反应和谐波磁动势等因素,选择A相电流达到最大值的瞬间作为时间零点,取A相绕组轴线处作为空间坐标原点,并以顺着绕组相序的方向作为正方向,可得三相绕组的基波合成磁动势表达式[1]:

      (1)

      公式(1)中,旋转磁动势等于幅值F1时,有=1,。当=0时,A相电流达到最大值,,可见合成磁动势的幅值位于=0处,即在A相绕组的轴线上;当=120°时,B相电流达到最大值,此时,其幅值位于=120°处,即在B相绕组的轴线上;同理,当C相电流达到最大值时,合成磁动势的幅值将在C相绕组的轴线上。可见,当某相电流达到最大值时,基波合成旋转磁动势的幅值就将与该相绕组的轴线重合,转向决定于电流达到最大值的顺序,即三相电流的相序,旋转的方向从领先相绕组轴线转向落后相绕组轴线。

      2 两电源的相序关系

      三相电源中,A、B、C三相电压互差120°,相位上A超前B,B超前C,用向量图表示如图1所示。三相电压出现正幅值(或相应零值)的顺序为A→B→C,向量总是沿顺时针方向出现。表示电源的向量为自由向量,即可以任意平行移动,移动后的向量仍然代表原来的向量。在同一平面,按同一比例,我们可以把两同频率、同电压等级的电压向量图画在一起。现以两个独立电源中电源Ⅰ作为基准来讨论电源Ⅱ的相序。电源Ⅰ的向量用大写字母表示,电源Ⅱ的向量用带一撇的表示。两电源都是正相序正弦波的工频电压,可以得出,在任一时刻,电源Ⅱ三相电压中必定有一相电压与电源Ⅰ的A相电压的相位差不大于120°。如在图1中,在任一时刻,以电源Ⅰ为基准,把电源Ⅱ的三相电压向量图中心与点重合在一起,在电源Ⅱ中总可以找到一相电压与电源Ⅰ的A相相位差为,使得-60°≤<60°。在实际工作中,相位差引起的电压差值可以用核相仪测出,情况如下:

      1)以电源Ⅰ A相为基准,若测得与电源Ⅱ中某两相的电压差值(也可以显示为电流值,根据具体核相仪而定)相同,与第三相电压差值为前两电压差值的2倍,则我们可以定第三相为电源Ⅱ的C相。同理,以电源Ⅰ的B相作为基准可以确定出电源Ⅱ的A相,以电源Ⅰ的C相作为基准可以确定电源Ⅱ的B相,此时向量图如图2(a)所示,表示的是电源Ⅰ的A 相电压与电源Ⅱ的其中两相电压相位差都为60°,与第三相相差180°。从图中可以看出,此时电压差值,。

      2)以电源Ⅰ A相为基准,若测得与电源Ⅱ其中一相电压差值较小,与另两相电压差值较大且不相等,则我们定义电压差值较小的一相为电源Ⅱ的A相。同理,以电源Ⅰ的B相作为基准可以确定出电源Ⅱ的B相, 以电源Ⅰ的C相作为基准可以确定电源Ⅱ的C相,此时的向量关系图根据角度差不同而有所差异,当角度差为-30°时如图2(b)所示,表示电源Ⅰ的A相电压与电源Ⅱ三相相位差分别为-30°、90°、-150°,此时有;且;当角度差为0时如图2(c)所示,表示两电源对应相正好重合在一起,没有相位差,此特殊情况即满足两电源并联条件,此时有。

      以上分析了相角差-60°≤<0的情况,即电源Ⅱ中的某一相超前电源Ⅰ的A相的情况;同理,对于滞后角度的情况即相角差0≤<60°,我们也可以画出相应向量图。实际工作中,我们可以利用核相仪,以现供电回路电源作为基准,分别与另一供电回路(待定相)各相进行测试,并记录相应的电压差值,再根据上述定相方法,即可以进行定相。两电源的相序关系虽然有多种情况,但电压差值总可以归属于上述两种情况。

      3 两电源相序与电动机的转向关系

      基于上述三相异步电动机的转向原理和两电源相序之间的关系,即可以确定两电源相序与电动机的转向关系。已知在电源Ⅰ供电的情况下,所带的N台三相异步电动机全为正转,电动机无论是星形接法还是三角形接法,引出的三绕组接线端头标号A、B、C,只要保证绕组A接的那一相电压相位超前绕组B接的那一相电压,绕组B接的那一相电压相位超前绕组C接的那一相电压,就可保证其正转,即从A相转向B相。电动机三绕组引出端头接到三相电源的顺序从左往右可能是:ABC,BCA,CAB,此三种情况都能保证正转,在实际工作中一般接成ABC,即电源的相序ABC标号与电动机的绕组引出接线端ABC标号一一对应。由上述两电源相序关系可得,由电源Ⅰ为基准确定出的电源Ⅱ的相序,必定为上面正转的三种接法之一,所以电源Ⅱ供电时电动机的转向必定与由电源Ⅰ供电时转向一致。

      4 结论

      在我国生产的五种变压器标准连接组别中,高压侧都为星形接法,低压侧或为星形接法或为三角形接法。电源经过升压传输降压后,忽略次要因数,电压等级相同的两路电源对应相在相位上要么一致,要么两相位差是30°的整数倍,运用上述原理和方法,完全可以解决在两电源无法并联的情况下,当两电源分别带相同N台电动机时,切换电源时转向是否一致的问题,为在矿井6kV供电线路更换电缆、重做电缆头以及新线路投入时对待定相序电源的定相过程提供了一种切实可行的方法,提高了工作效率,为矿井的双回路供电提供了保障。

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