魏寶平，李瑞花，許淡明

（惠州供電局，廣東 惠州 516001）

室內(nèi)電容器降溫裝置中電動(dòng)機(jī)的選擇

魏寶平，李瑞花，許淡明

（惠州供電局，廣東 惠州 516001）

文章分析電動(dòng)機(jī)的無(wú)功吸收，對(duì)比不同種類的電機(jī)，提出了新的室內(nèi)電容器通風(fēng)裝置的電機(jī)的選用原則，并以此選擇了一種電機(jī)。為電容器室的電動(dòng)機(jī)選擇提供參考。

室內(nèi)；電容器；電動(dòng)機(jī)；降溫；無(wú)功

隨著我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于電網(wǎng)建設(shè)和供電質(zhì)量要求也越來(lái)越高電壓是否穩(wěn)定是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，而電壓與電網(wǎng)中的無(wú)功功率平衡息息相關(guān)。在變電站中，電容器作為感性無(wú)功的提供者，與電網(wǎng)輸送電能能力、線路損耗、電壓質(zhì)量等有著緊密關(guān)聯(lián)。室內(nèi)電容器由于空間封閉，而且經(jīng)常與電抗器處于同一房間內(nèi)，溫度降將較室外大幅上升。因此必須采取相應(yīng)的降溫措施。除了自然通風(fēng)外，需要用到風(fēng)扇、空調(diào)的強(qiáng)力降溫措施，空調(diào)、風(fēng)扇中的電機(jī)均是用電設(shè)備，需要吸收無(wú)功，將對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功負(fù)荷造成影響。

1 無(wú)功的概念

無(wú)功功率是指由配電線路、三相異步電動(dòng)機(jī)、變壓器等用電設(shè)備所吸收的，滯后的功率因數(shù)，運(yùn)行的設(shè)備所吸收的感性無(wú)功功率是為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通所必須的電功率。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在電力傳輸和轉(zhuǎn)換中不能轉(zhuǎn)變成人們希望獲得的動(dòng)能、光能、熱能的那部分電能。

Q為無(wú)功功率（三相對(duì)稱電路中）；P為有功功率（三相對(duì)稱電路中）；S為視在功率（三相對(duì)稱電路中）；cosφ為功率因數(shù)。

2 電容器室的環(huán)境

電容器室作為一個(gè)較為封閉的空間，與外界的熱量交換較為緩慢，一般情況下，并聯(lián)電容器通常和串聯(lián)電抗器在同一空間內(nèi)。電抗器發(fā)熱較嚴(yán)重，通常情況下電抗器上層溫度在80℃以上，造成電容器室溫度急劇上升，對(duì)電容器的壽命造成一定影響。室內(nèi)電容器故障集中在5～9月，也就是天氣較熱的時(shí)間段。通過(guò)改善通風(fēng)條件后故障率降低[1]。

3 電動(dòng)機(jī)的種類

電動(dòng)機(jī)，是電氣和各種機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力來(lái)源。主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是根據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換活傳遞的一種電磁裝置，根據(jù)不同的分類方法可以分成若干小類。按工作的電源種類劃分：可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。其中交流電機(jī)還可分：異步電機(jī)和同步電機(jī)（見圖1）。

圖1 電動(dòng)機(jī)的分類

4 電容器條件下電機(jī)的選擇

4.1 電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足以下要求[2]

（1）性能要符合生產(chǎn)機(jī)械的要求。選擇的電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn) 穩(wěn)定的工作點(diǎn)，保證系統(tǒng)能可靠運(yùn)行；而不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰等現(xiàn)象，滿足機(jī)械要求是能工作的的第一步。

（2）其結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)生產(chǎn)機(jī)械的工作條件。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的防護(hù)模式，其結(jié)構(gòu)可細(xì)分為防護(hù)式、開啟式、隔爆式、封閉式四種。①防護(hù)式電動(dòng)機(jī)可以避免一定方向的粉塵落入電機(jī)內(nèi)部，但散熱不佳，能在工作條件較差環(huán)境使用；②開啟式電動(dòng)機(jī)兩較大的敞口，散熱良好，轉(zhuǎn)子部分和帶電端子是裸露的，缺少防護(hù)，這類電動(dòng)機(jī)適用于工作環(huán)境干燥、干凈無(wú)粉塵的地方；③防爆式電動(dòng)機(jī)備有非常緊密的防爆外殼，即使在電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)火花發(fā)生爆炸時(shí)，依然不會(huì)波及電機(jī)外部，適合用于有爆炸可能的場(chǎng)所；④封閉式電動(dòng)機(jī)的外殼有密閉防護(hù)，可防止塵土、水滴或固體物質(zhì)進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，但因?yàn)槭峭耆胤忾]，散熱能力極差，可以在工作環(huán)境潮濕的環(huán)境下使用。

（3）其他要求。①容量應(yīng)與機(jī)械相適應(yīng)。在滿足第一條的條件下，電機(jī)的容量應(yīng)選擇最經(jīng)濟(jì)的電機(jī)。合理地確定電動(dòng)機(jī)功率，要根不同的情況合理地選用不同電機(jī)；②電機(jī)應(yīng)具有一定的過(guò)負(fù)載能力。實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)會(huì)因電網(wǎng)的波動(dòng)、負(fù)載的變化等原因，造成電機(jī)過(guò)載；③電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足機(jī)生產(chǎn)械的要求。比如對(duì)于鼠籠型電動(dòng)機(jī)，不能改變其機(jī)械特性，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩又小，就要考慮其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩能否滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求；④電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)應(yīng)較大。電容器本身是提供的感性無(wú)功的設(shè)備，如果電容器室的設(shè)備本身吸收大量感性無(wú)功，則會(huì)使電容器控制無(wú)功功率平衡的作用大打折扣。

4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇

文章主要針對(duì)“電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)應(yīng)較大”進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

（1）直流電動(dòng)機(jī)將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。不需要無(wú)功功率。但電網(wǎng)發(fā)出的電能為交流電，直流電動(dòng)機(jī)不能直接使用，必須先經(jīng)過(guò)整流模塊整流。整流技術(shù)可分為半波整流，全波整流和橋式整流。整流電路在工作中需要吸收無(wú)功。以換留站中所采用的三相全橋整流電路為例，換流閥的關(guān)斷和相鄰閥的導(dǎo)通過(guò)程中，也就是換相過(guò)程中，電流總是滯后于電流α角(不然電壓不夠閥串無(wú)法導(dǎo)通)，這個(gè)角度也即換流閥的觸發(fā)角。這就相當(dāng)于電感了，也就是吸收無(wú)功。觸發(fā)角越大吸收的無(wú)功越多。另一方面，整流電路會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，如果濾波不足的話，這些諧波會(huì)直接注入電網(wǎng)，造成諧波污染，對(duì)電網(wǎng)造成危害。因此直流電機(jī)并不適合于電容器室的環(huán)境下使用。

（2）異步電動(dòng)機(jī)中，定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子繞組切割磁感線過(guò)程中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流與磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生力矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終存在一定差別，故稱為異步電機(jī)。異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)通過(guò)定子線圈給轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁同時(shí)又通過(guò)定子提供轉(zhuǎn)動(dòng)能量的電機(jī)。勵(lì)磁部分的能量基本不消耗，是感性無(wú)功，因此異步電動(dòng)機(jī)必須要吸收無(wú)功功率。在一些場(chǎng)合下，異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)教低，需要額外的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償無(wú)功，以此提高功率因數(shù)。因此異步電動(dòng)機(jī)也不適用于電容器室降溫的場(chǎng)合。

（3）同步電動(dòng)機(jī)是同步發(fā)電機(jī)的逆應(yīng)用。同步發(fā)電機(jī)能發(fā)出感性無(wú)功，也能發(fā)出容性無(wú)功。同樣，同步電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使之吸收電網(wǎng)的無(wú)功，或者補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功，有利于電網(wǎng)的無(wú)功狀況。因此大型設(shè)備，特別是大型又低速的如大型鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等，會(huì)較常用同步電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)。對(duì)于直流勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)，由于需要直流電源，因此和直流電動(dòng)一樣，需要有整流模塊，這會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成潛在的危害。因此需要選擇一種不需要?jiǎng)?lì)磁電流的同步電動(dòng)機(jī)。使用永磁體作為轉(zhuǎn)子可解決這一問(wèn)題，由于不需要電流作為勵(lì)磁電流，也就沒有無(wú)功功率的轉(zhuǎn)化，也就不需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功。因此永磁同步電動(dòng)機(jī)是一種合適的選擇。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)電容器的特殊作用，文章提出一條新的電機(jī)選用原則，即在電容器室使用的電機(jī)，需要滿足不吸收無(wú)功的要求，此時(shí)永磁同步電動(dòng)機(jī)能滿足條件。可以吸收電網(wǎng)多余的無(wú)功功率，也可以補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功功率，一種合適的電機(jī)選擇。

[1]杜彥巍,張珺,孔衛(wèi)平,等.高溫對(duì)電力電容器的影響及處理措施[J].河北電力技術(shù),2016,(6):44-45.

[2]劉軍.永磁電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)若干問(wèn)題的研究[D].華東理工大學(xué),2010.

表2 非金屬夾雜物的試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)三種抗側(cè)滾扭桿裝置的金屬材料試驗(yàn)得出，50CrVE在彈性、淬透性、疲勞性等方面表現(xiàn)出了較為優(yōu)越的性能，相比其他兩種材質(zhì)也更適合作為抗側(cè)滾扭桿軸。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷深入，還將有更多、更優(yōu)質(zhì)的材料被應(yīng)用在各個(gè)方面。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙雙陽(yáng).抗側(cè)滾扭桿軸用彈簧鋼材料的性能研究[D].湖南工業(yè)大學(xué),2013.

[2]郭春杰,李德勝,劉文松,等.新型軌道車輛抗側(cè)滾扭桿軸用鋼50CrVE的研究[J].機(jī)車車輛工藝,2008,(1):1-4.

TM32

A

2096-2789（2016）12-0113-02