评异步电动机原理同相供电技术

龚学长

评异步电动机原理同相供电技术

(本文发表于西铁科技2001年第二期)

龚学长 袁玉昌 傅祺

绵阳供电段技术室

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摘要：本文经理论和实验数据分析，驳斥了采用异步电动机旋转磁场原理，将电力系统三相电源变为单相电源的同相供电技术理论。

关键词：旋转磁场 同相供电 不行

2000年《西铁科技》第二期和第三期，连续发表了孙超同志“一种全新概念的牵引变压器——三相变单相输出变压器”的同相供电理论。本文的关键技术是采用异步电动机定子绕组产生一个旋转磁场(如图1a)，次边绕组切割旋转磁场，感应出单相电势。有关旋转磁场的理论在《电机学》一书中已有详细论述，本文不再赘述了。但是孙超同志的论文中忽略了一点：即使转子不转动，作为转子绕组的变压器次边线圈是呈0~360°圆形分布的。如果转子的开槽数和定子相同（实际上也如此），那么把转子绕组分成三部分，它们正好分别对应原边定子绕组的A、B、C三相位置。如果磁场从A相起旋转一周，转子绕组三部分线圈的感应电势正好与原边A、B、C对应，也就是说，次边绕组正好感应出a、b、c三相相电压，其有效值与原次边绕组的匝数比有关。也许孙超同志会说，我只在转子绕组的A相或B相位置放次边绕组，次边感应电势就成为单相电势了。但是根据电机学理论，在三相对称电压作用下，只有当电机原、次边均为三相对称绕组且负载对称时，原边三相电流才平衡。如果仅绕一个绕组在某一相槽内，在原边就只有这一相才有负荷电流。因此，用这种方法实现同相供电显然是不行的。

孙超同志还花了很大的心血，绕制了一个三相变单相的变压器模型，并做了试验。由于前面理论的片面理解，在试验上只看到原边三相电流相等，没有看到三相电流的相位差，就得出了将三相电源变为了单相电源的错误结论。

　　依据孙超同志的实验接线（如图1），原边A、B、C三相所加线电压为127V，中心点接地，次边感应电压50V。变压器原边每相有4个绕组，每个绕组90匝，共360匝；次边由12个绕组组成，每个绕组30匝，共360匝。我们将次边绕组分为3相时，平均每相120匝，由此可知变压器原、次边绕组变比K=3。根据试验的原边电流波形相位（图2）可知，变压器次边绕组应接成a+b-c的开口三角形（见图1b）。其原、次边电压向量如图3,

　　孙超同志实验测得的电压为50V，与我们推算的结果有1.2V的误差，这是由原次边测量电压的误差所致。

孙超同志做实验时，次边加入100Ω电阻，得到的负载电流向量Ie应与Ue同相位，如图3所示。由于次边绕组中的a、b、c的电流均为Ie，由图1b可知，a、b两相均为正向电流，c相电流与绕组极性相反，这一电流反应到原边（定子）绕组中时，IA与IB与Ie同相位，IC与Ie反相位，如图4。而孙超同志作实验所得波形，（图2）的A相与B相电流也是同相位，C相正好反向180°，有一点误差是由于所加负荷轻，变压器绕组的励磁电流较大造成。

　　由上面分析知道，实际上孙超同志所绕制的变压器仍然是一个三相变三相的变压器，只是将次边的三个绕组接成了开口三角形罢了。这一变压器给系统造成的结果是零序和负序电流很大。当原边中性点接地时，根据对称分量法有：

　　在幅值上，零序电流与A相负荷电流相同，相位也相同，负序电流为2/3IA，相位超前IA60°。

电力系统中不允许牵引变电所的中性点接地，图1b中，当变压器的原边中性点不接地时，IO没有通路，即零序电流IO=0，这时C相电IC为：

Ic= IA+ IB=2IA

I2= 1/3 （ IA +IB+IC ）=IA ∠60°

ⅠA、IB、IC的相位仍与图2中的IA、IB、IC的相位相同；幅值上IA与IB相等，IC是IA的2倍，这时负序电流为：

可以看出，中心点不接地时，虽然没有零序电流，但是负序电流与负荷电流相等。

孙超同志提出的同相供电技术，要求所有供电臂的相位均相同，这样各牵引变电所就不能用换相来使系统的负序电流达到最小，因此在供电系统中是行不通的。

笔者在绵阳供电段用感应型移相器进行了实验。感应型移相器的定子绕组为三相绕组，转子绕组同样是三相绕组，原次边绕组匝数比为1：1。将定子绕组的移相角固定在0°，次边绕组接成IA +IB-IC的开口三角形时，就得到了如孙超同志所设想的三相变单相变压器了。当原边输入三相对称相电压40V时，次边输出80V电压；当次边取负荷电流为1.5A，原边中性点接地时，各相电流如下：

IA=1.75A IB=1.5A IC=1.65A

IO=1.5A I2=0.98A

中性点不接地，次边同样取负荷电流为1.5A时，各参数测量结果如下：

IA=1.75A IB=1.5A IC=3.25A I2=1.5A

中性点不接地时，理论上C相应为3A，A、B两相应为1.5A。各相电流与理论值有一定误差正是因为感应型移相器的定子和转子之间有间隙，使空载时励磁电流较大（在40V相电压下每相0.25A）造成。

综上所述，采用旋转磁场原理做成的三相变单相变压器仍然是不平衡的变压器，理论上是将三相变压器的原边接成星形，次边三相绕组接成a+b-c的开口三角形变压器，该变压器将对电力系统造成很大的负序电流，而且各变电所又不能进行换相，因此这一理论在电气化铁路供电中是行不通的。