利用自耦變壓器調節負載電流和電壓調節器

　　電機降壓啟動是一種在電機啟動過程中減少通過電機繞組的電流并減少配電電路負載的技術。自耦變壓器啟動使用抽頭三相自耦變壓器來提供降壓啟動。自耦變壓器啟動是有效的降壓啟動技術之一。
 

　　感應電機和大型同步電機使用自耦變壓器將定子電流降低到不會使供電的配電系統負擔過重的水平。同步電機有一個由兩部分組成的轉子。轉子具有標準感應電機轉子部分和繞線轉子部分。同步電機作為感應電機啟動，并使用轉子的感應部分加速到接近同步速度。當轉子接近同步速度時，向繞線轉子部分通電，電機進入同步速度(見圖 1)。
 

　　圖 1. 同步電機作為感應電機啟動，使轉子達到接近同步速度。
 

　　負載電流
 

　　當從線路汲取的啟動電流必須保持在允許值以下時，自耦變壓器啟動優于初級電阻器啟動，但需要每線路安培的啟動扭矩。自耦變壓器降壓啟動用于啟動約10馬力以上的鼓風機、壓縮機、輸送機和泵電機。
 

　　自耦變壓器降壓啟動可提供每安培線路電流的可能啟動扭矩。然而，由于需要自耦變壓器，因此安裝成本比其他降壓啟動方法要高。自耦變壓器降壓啟動可用于任何三相電機。
 

　　在自耦變壓器啟動時，電機端電壓與負載電流無關。由于電機特性的變化，電機的電流可能會發生變化，但電機的電壓保持相對恒定。
 

　　自耦變壓器啟動可以利用匝數比優勢來在變壓器的負載側提供比線路側更多的電流。在自耦變壓器啟動中，變壓器電機電流和線電流與初級電阻啟動時不相等。
 

　　例如，電機可以具有120%的全壓啟動扭矩和600%的全壓啟動電流。電力公司通常將電源線電流消耗設置為 400%。此限制適用于變壓器的線路側。由于變壓器具有降壓比，因此即使變壓器初級電流不超過400%，變壓器次級上的電機電流也大于線路電流。
 

　　在此示例中，可以向電機施加 80% 的電壓，從而產生 80% 的電機電流。由于變壓器匝數比為 1:0.8，電機僅消耗 64% 的線電流(80% 的 80% = 64%)(見圖 2)。
 

　　圖 2. 自耦變壓器用于降壓電機啟動，以減少從電源線汲取的電流。
 

　　大型電動機可能不會經常啟動。因此，自耦變壓器可以在啟動期間過載，然后在電機運行時冷卻。由于自耦變壓器僅在啟動電路中短時間工作，因此自耦變壓器可以做得比通用變壓器更小。它不必承受高持續電流引起的溫升。這使得技術人員必須了解在特定時間段內可以啟動電機的頻率。通常有可能電機無法在所需的時間長度內重新啟動以進行冷卻。典型的占空比為 10 秒開啟和 10 分鐘關閉。
 

　　啟動電路
 

　　自耦變壓器降壓電機啟動可將啟動時施加的電機電壓降低至線電壓的 50%、65% 或 80%。這是通過在給定時間段內將變壓器線圈與電機串聯來實現的。當該時間段過去后，電機將連接到全線電壓。變壓器的適當繞組連接到電機電路，以在啟動時提供所需的降壓。電壓降低導致電流和扭矩降低。
 

　　啟動自耦變壓器通常以星形或開口三角形配置連接。開口三角形配置用于小型電機，星形配置用于大型機器。開口三角形配置提供了一種簡單的電壓控制方法，特別是當需要多個啟動電壓時。星形配置比開口三角形配置提供更好的電壓平衡。以開口三角形配置連接的變壓器要求僅更改兩個線圈上的抽頭。以 Y 形配置連接的變壓器需要在三個線圈上更換抽頭。
 

　　不同的抽頭使自耦變壓器具有多種用途，可以提供不同的電壓選項，以減少大型電機定子中的電流(見圖 3)。電機中的低定子電流不會在轉子中產生強磁極。如果轉子不啟動，可以選擇下一個更高的電壓啟動。
 

　　圖 3. 自耦變壓器抽頭允許根據負載為電機提供不同的電壓。
 

　　控制電路由接通延時定時器TR1和接觸器線圈C1、C2、C3組成。按下啟動按鈕 PB2 使定時器通電，導致線路圖第 2 行和第 3 行中的瞬時觸點 TR1 閉合。閉合線路 2 中的常開 (NO) 定時器觸點為定時器 TR1 提供內存，而閉合線路 3 中的常開 (NO) 定時器觸點則完成通過線路 4 的電氣路徑，為接觸器線圈 C2 通電。線圈 C2 通電導致線路 5 中的常開觸點 C2 閉合，從而為接觸器線圈 C3 通電。第 3 行中的常閉 (NC) 觸點還為線圈 C1 提供電氣互鎖，以便它們不能一起通電。當線圈 C2 通電時，接觸器 C2 的常開觸點閉合，將自耦變壓器的兩端連接在一起。當線圈C3通電時，接觸器 C3 的常開觸點閉合，并通過變壓器抽頭將電機連接至電源線，從而以減少的浪涌電流和啟動扭矩啟動電機。存儲器還通過第 6 行中的觸點 C3 提供給線圈 C3。
 

　　經過預定時間后，ON 延遲定時器超時，NC 定時器觸點 TR1 在線路 4 中打開，使接觸器線圈 C2 斷電，并且 NO 定時器觸點 TR1 在線路 3 中閉合，對線圈 C1 通電。此外，線路 4 中的常閉觸點 C1 提供電氣互鎖，線路 3 中的常閉觸點 C2 返回其常閉位置。C2 斷電和 C1 通電的終結果是電機連接到全線電壓。
 

　　電壓調節器
 

　　自耦變壓器可用于為線路電壓提供輕微的升壓(升壓)或輕微的降壓(降壓)，以糾正較小的過壓或欠壓情況。可以手動設置抽頭，或者可以提供自動開關設備來調節抽頭，以便將電壓調節在期望值。這種用途允許在不中斷負載電源的情況下改變電壓，并且允許對終用戶的電壓進行微小的改變。
 

　　圖 4. 自耦變壓器與自動開關設備一起使用，對雙繞組變壓器的輸出進行小幅調整。
 

　　自耦變壓器可以與分接開關結合安裝，以在分接開關運行時分配變化的百分比(見圖 4)。分接開關的位置決定了電路中有多少高壓繞組。當分接開關中的開關閉合時，不同量的高壓繞組為次級提供磁通。可以調整輸出以補償重負載。高壓繞組的一部分的一端可以連接到自耦變壓器的中部。此方法用于將 5% 的分接變化減少到 2.5% 的變化。這提供了對電路中電壓的更緊密的控制。
 

　　可變變壓器
 

　　自耦變壓器通常用作可變變壓器(見圖 5)。可變變壓器是一種連續可調的自耦變壓器，由纏繞在環形鐵芯上的單層導線和穿過該繞組的碳刷組成。
 

　　電刷軌道是通過從繞組的每匝上去除一部分絕緣體制成的，形成一系列換向器元件。基本原理是抽頭變換變壓器的原理。電刷始終與一根或多根電線接觸，并連續抽出繞組電壓的任何所需部分。可以在負載下移除觸點而不中斷電路。