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科普知識(shí)
數(shù)據(jù)分類:
濁度傳感器

傳統(tǒng)異步機(jī)調(diào)速表達(dá)式的商榷

發(fā)布日期:2022-04-17 點(diǎn)擊率:50

  目前交流調(diào)速的理論依據(jù)主要是傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)學(xué)的異步機(jī)轉(zhuǎn)速公式即,然而研究表明,這一表達(dá)式卻是一個(gè)定義式,而非公式。定義式是人為的主觀意志,不能作為公式去指導(dǎo)客觀實(shí)踐,自然,定義式不能作為調(diào)速的理論依據(jù)。

  交流調(diào)速的發(fā)展必須基于調(diào)速理論的科學(xué)指導(dǎo),而傳統(tǒng)交流調(diào)速在理論和表達(dá)式等方面都暴露出很多問(wèn)題和缺陷,如果不能及時(shí)糾正,不僅調(diào)速技術(shù)無(wú)法進(jìn)步,而且傳統(tǒng)調(diào)速理論的傳承,必然將其缺失影響到該學(xué)科的學(xué)習(xí)者,其后果可想而知。

  受到受傳統(tǒng)理論的影響,目前學(xué)術(shù)界較普遍地認(rèn)為,異步機(jī)調(diào)速的最佳途徑在于改變同步轉(zhuǎn)速,對(duì)于其它調(diào)速方式則不予支持。而且由此得出“變頻調(diào)速方法與變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法有本質(zhì)不同,從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率,因而變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能。可以認(rèn)為,變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)的一種比較合理和理想的調(diào)速方法”。這一觀點(diǎn)不僅局限了交流調(diào)速的發(fā)展,而且也和調(diào)速的實(shí)踐嚴(yán)重不符。

  限于篇幅,本文重點(diǎn)討論傳統(tǒng)交流調(diào)速的表達(dá)式存在的問(wèn)題,至于所提出的電動(dòng)機(jī)統(tǒng)一調(diào)速原理,以及交流調(diào)速公式將在另外文章中論述。

1、的邏輯錯(cuò)誤

  公式是客觀規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)形式,它只能產(chǎn)生于已有的定律和公式,而不能產(chǎn)生于人為的定義。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)學(xué)的異步機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式是這樣建立的,首先定義轉(zhuǎn)差率s,

令 :

, (1)

式中: n1為同步轉(zhuǎn)速;

n 為機(jī)械轉(zhuǎn)速。

由式(1),經(jīng)代數(shù)變換得

, (2)

  由于恒等變換不改變等式性質(zhì),可見(jiàn)式(2)仍然是定義式,它是式(1)的另外一種表達(dá)形式。

又,由于

, (3)

將式(3)代入定義式(2),于是

。 (4)

  應(yīng)該注意,式(4)與式(2)沒(méi)有本質(zhì)變化,盡管式(3)是公式,但它僅僅起到n1的代換作用,并沒(méi)有改變式(1)、(2)定義式的性質(zhì)。因此轉(zhuǎn)速表達(dá)式(4)只是人為的定義式,并非公式,自然不能成為交流調(diào)速的理論依據(jù)。

2、表達(dá)式的實(shí)踐檢驗(yàn)

  實(shí)踐是檢驗(yàn)定律和公式科學(xué)與否的標(biāo)準(zhǔn)。如果 是科學(xué)的,其指導(dǎo)下的各種調(diào)速方法都必須涵蓋在公式的內(nèi)涵之中,不得出現(xiàn)特殊的意外。

1) 變頻調(diào)速

  按,要實(shí)現(xiàn)異步機(jī)調(diào)速可以單純地改變定子電壓(電流)的頻率f1,然而實(shí)踐表明,對(duì)于絕大多數(shù)的降頻調(diào)速,如果單純降頻而不同時(shí)降壓,異步機(jī)將會(huì)損耗增大、劇烈發(fā)熱,根本就不能正常調(diào)速運(yùn)行。實(shí)際的變頻調(diào)速,無(wú)一例外地都采取變頻+調(diào)壓的控制,而且要求U1/f1——壓頻比近似為常量,近代的有關(guān)文獻(xiàn)將其簡(jiǎn)稱為“VVVF”控制(實(shí)際是變壓、變頻的英文縮寫)。

  然而傳統(tǒng)調(diào)速公式根本就沒(méi)有體現(xiàn)定子電壓U1,更無(wú)從顯示調(diào)壓的必要性,顯然,這樣嚴(yán)重的疏漏對(duì)于科學(xué)公式是不能容忍的。

2) 變極調(diào)速

  實(shí)際改變極對(duì)數(shù)p的調(diào)速是改變異步機(jī)的繞組結(jié)構(gòu),可以看作兩臺(tái)具有公用轉(zhuǎn)子的異步機(jī)的選擇控制。但是,在實(shí)際的變極調(diào)速中,問(wèn)題也不是如傳統(tǒng)調(diào)速公式所表示的那么簡(jiǎn)單。例如將一臺(tái)2極異步機(jī),簡(jiǎn)單地通過(guò)繞組接線的變換改接成4極異步機(jī),繞組的有效串聯(lián)匝數(shù)不變,結(jié)果4極狀態(tài)運(yùn)行下的異步機(jī)將嚴(yán)重發(fā)熱,甚至燒毀。實(shí)際的變極調(diào)速異步機(jī),結(jié)構(gòu)大概有兩種,一種是雙繞組型,即兩個(gè)繞組對(duì)應(yīng)各自的極數(shù),運(yùn)行時(shí)選擇其中一個(gè)極數(shù),只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的繞組工作。另一種是單繞組,在改變極數(shù)的同時(shí)還要改變繞組的有效匝數(shù),通常,高極數(shù)的有效匝數(shù)大于低極數(shù)的有效匝數(shù),特點(diǎn)為變極+調(diào)匝。顯然,傳統(tǒng)公式也沒(méi)有全面表達(dá)出變極調(diào)速實(shí)踐的內(nèi)涵。

3) 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

  傳統(tǒng)公式在此方面存在的問(wèn)題更多。

  轉(zhuǎn)差率是數(shù)學(xué)量,調(diào)速如何操作?

  物理公式除了數(shù)學(xué)意義之外,更主要的是物理內(nèi)涵,作為物理公式,通常方程左邊(參數(shù))是目的,方程右邊(參數(shù))是實(shí)現(xiàn)目的的方法,顯然,這些作為方法的參數(shù)只能是物理的而不能是數(shù)學(xué)的,否則無(wú)法操作。

  前已敘及,轉(zhuǎn)差率是人為定義的速度比值,是無(wú)法用來(lái)控制調(diào)速的。例如,效率,要提高效率,實(shí)際可操作的方法只能是降低損耗,不可能直接改變的數(shù)值。傳統(tǒng)公式給出的變S調(diào)速方法明顯不具有可操作性。

  改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速性質(zhì)表達(dá)不明

  很多調(diào)速文獻(xiàn)認(rèn)為改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速必然降低調(diào)速效率,理由似乎是轉(zhuǎn)差率和效率密切相關(guān),事實(shí)上這是一個(gè)誤解。

  引起轉(zhuǎn)差率和效率混淆的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)差功率Ps,電機(jī)學(xué)在異步機(jī)分析時(shí),發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不可能完全  將電磁功率全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率,其中,總要有一部分功率不能完成轉(zhuǎn)換,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),不能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率的部分總是和轉(zhuǎn)差率相關(guān),而且有

定義


于是

  需要強(qiáng)調(diào)指出,轉(zhuǎn)差功率依然是人為定義的,所表達(dá)的含義是電磁功率中所沒(méi)有轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率的部分。至于這部分功率如何歸屬、如何轉(zhuǎn)化,定義并沒(méi)有明確。

  特殊的,當(dāng)異步機(jī)自然運(yùn)行——即沒(méi)有任何人為的干預(yù)時(shí),沒(méi)有轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率的部分——轉(zhuǎn)差功率唯一的歸屬是損耗,因此,轉(zhuǎn)差功率在這樣的前提之下和轉(zhuǎn)子的損耗功率相等,即

注意這種相等僅僅是數(shù)值的等量,而且是有條件的,不要因此就把轉(zhuǎn)差功率誤認(rèn)為就是損耗功率。可見(jiàn)公式對(duì)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的性質(zhì)沒(méi)有表明,而認(rèn)為變s就是降低效率的觀點(diǎn)缺乏科學(xué)依據(jù)。

如何改變轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)調(diào)速?

  基于轉(zhuǎn)差率無(wú)法直接改變,于是,似乎可以根據(jù)式1,通過(guò)改變n或n1來(lái)改變s,其實(shí)邏輯錯(cuò)誤,無(wú)法實(shí)現(xiàn)。首先不可能設(shè)想通過(guò)n來(lái)改變s,理由是因果不能倒置;其次是n1按式3只有通過(guò)改變極數(shù)或頻率方可實(shí)現(xiàn),又重復(fù)了上述的方法。

鑒于電機(jī)學(xué)有

  等相關(guān)表達(dá)式,是否可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)子頻率f2,或轉(zhuǎn)子運(yùn)行電動(dòng)勢(shì)E2s,以及轉(zhuǎn)差功率Ps改變轉(zhuǎn)差率?深入研究發(fā)現(xiàn),f2、E2s都只能通過(guò)Ps控制才能改變,而這個(gè)問(wèn)題又回到前面的轉(zhuǎn)差率和效率上了。

  由于s僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)量,只有物理量才具有實(shí)質(zhì)意義,因此,即使通過(guò)上述的方法實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)差率的改變,我們也不能認(rèn)為改變轉(zhuǎn)差率才是調(diào)速的實(shí)質(zhì),相反,調(diào)速的實(shí)質(zhì)應(yīng)該是功率控制,這一點(diǎn),傳統(tǒng)公式也無(wú)法自圓其說(shuō)。

3、結(jié)論

  傳統(tǒng)電機(jī)學(xué)的異步機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式是基于轉(zhuǎn)差率的人為定義式所產(chǎn)生,雖經(jīng)數(shù)學(xué)變換,但依然是定義式而不是公式。

指導(dǎo)科學(xué)實(shí)踐的只能是公式(定律)而不能是人為的定義式,因此傳統(tǒng)異步機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式不能成為調(diào)速的科學(xué)依據(jù)。

異步機(jī)的調(diào)速實(shí)踐和傳統(tǒng)表達(dá)式存在諸多矛盾,進(jìn)一步驗(yàn)證了傳統(tǒng)表達(dá)式存在的問(wèn)題。

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