高壓變頻調(diào)速和內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速的比較

1、高壓變頻調(diào)速和內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速的比較國(guó)家電力公司西安熱工研究院 徐 甫 榮摘 要： 本文介紹了高壓變頻調(diào)速和內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速的工作原理和主要特點(diǎn)，同時(shí)客觀地比較了高壓變頻調(diào)速和內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速的主要優(yōu)缺點(diǎn)，供用戶在選擇節(jié)能方案時(shí)參考。關(guān)鍵詞：高壓變頻器 多電平技術(shù) 多重化技術(shù) 內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī) 1. 前 言由電機(jī)學(xué)原理可知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與電源頻率f1、磁極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系式為：(r/min)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s的定義式為：則可得異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：可見(jiàn)，要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)下述三個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)：改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p（變極調(diào)速）；改變供電電源的頻率f1（變頻調(diào)速）；改變

2、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。改變定子繞組磁極對(duì)數(shù)調(diào)速的方法稱為變極調(diào)速；改變電源頻率調(diào)速的方法稱為變頻調(diào)速，都是高效調(diào)速方法。而改變異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法則稱為能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速（串級(jí)調(diào)速除外），它是一種低效的調(diào)速方法，因?yàn)檎{(diào)速過(guò)程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率都變成熱量消耗掉了，繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速就屬于這種調(diào)速方式。改變電動(dòng)機(jī)定子的極對(duì)數(shù)，可使異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速改變，從而改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。大中型異步電動(dòng)機(jī)采用變極調(diào)速時(shí)，一般采用雙速電動(dòng)機(jī)。變極調(diào)速通常只用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，而不用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)槭蠡\型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)是隨著定子的極對(duì)數(shù)而變的，所以變極調(diào)速時(shí)只要改變定子繞組的極對(duì)數(shù)

3、就行了，而繞線式電動(dòng)機(jī)變極時(shí)必須同時(shí)改變定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的極對(duì)數(shù)，這就使得變極時(shí)復(fù)雜多了。用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能的雙速電機(jī)一般不采用42、84等倍極比的雙速電機(jī)，而采用64、86、108極的雙速電機(jī)，這與風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)速范圍一般不需要很大有關(guān)。另外，對(duì)于非倍極比的雙速電動(dòng)機(jī)在極數(shù)比較小時(shí)（如86、1081210極等），由不同的繞組接線方式，分別近似為平方轉(zhuǎn)矩型、恒轉(zhuǎn)矩型和恒功率型三種特性的雙速電機(jī)。由于葉片式泵與風(fēng)機(jī)在管路靜揚(yáng)程或靜壓為零的情況下，近似為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，所以應(yīng)選用平方轉(zhuǎn)矩型特性的雙速電機(jī)，以便在高速及低速運(yùn)行時(shí)都有較高的效率與功率因數(shù)，具有更為顯著的節(jié)能效果。雙速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速效

4、率高，可靠性高，投資省。其缺點(diǎn)是有級(jí)調(diào)速，不能在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)保證高效運(yùn)行，有時(shí)還要配合節(jié)流調(diào)節(jié)手段調(diào)節(jié)流量，增加了部分節(jié)流損耗。雙速電動(dòng)機(jī)在變速時(shí)電力必須瞬間中斷，對(duì)電動(dòng)機(jī)及電網(wǎng)都有沖擊作用；高壓電動(dòng)機(jī)若需經(jīng)常進(jìn)行變速切換時(shí)，其切換裝置的安全可靠性尚需進(jìn)一步完善和提高。2. 變頻調(diào)速由前所述可知，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)供電電源頻率的方法而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式稱為變頻調(diào)速。變頻調(diào)速用的變頻器是通過(guò)采用可關(guān)斷的功率器件如：gto、gtr、igbt、igct等，再加上控制、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路組成的。由于發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的電動(dòng)機(jī)功率都很大，一般采用3kv、6kv供電，所以必須采用高壓變頻器進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行。

5、目前高壓變頻器在世界上不象低壓變頻器一樣具有成熟的一致性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而是限于采用目前有限電壓耐量的功率器件，又要面對(duì)高壓使用條件的情況下，國(guó)內(nèi)外各變頻器生產(chǎn)廠商八仙過(guò)海，各有高招，因此主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不盡一致，但都較成功地解決了高耐壓、大容量這一難題。如美國(guó)羅賓康（robicon）公司生產(chǎn)的第三代完美無(wú)諧波變頻器；羅克韋爾（ab）公司生產(chǎn)的bulletin1557和power flex7000變頻器；瑞典abb公司生產(chǎn)的acs1000變頻器；德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的simovertmv變頻器；意大利ansaldo公司生產(chǎn)的silcovert th變頻器；以及日本的三菱、富士公司生產(chǎn)的完美無(wú)諧波變頻器

6、和國(guó)內(nèi)的利德華福公司和成都東方日立，成都佳靈公司，合康億盛公司和山東新風(fēng)光公司等生產(chǎn)的高壓變頻器。但歸納起來(lái)主要有兩種：一是采用低耐壓器件的多重化技術(shù)，再就是采用高耐壓器件的多電平技術(shù)。（1）多重化技術(shù)所謂多重化技術(shù)就是每相由幾個(gè)低壓pwm功率單元串聯(lián)組成，各功率單元由一個(gè)多繞組的隔離變壓器供電，用高速微處理器實(shí)現(xiàn)控制和以光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動(dòng)。多重化技術(shù)從根本上解決了一般6脈沖和12脈沖變頻器所產(chǎn)生的諧波問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)完美無(wú)諧波變頻。圖1為6kv變頻器的主電路拓?fù)鋱D，每相由5個(gè)額定電壓為690v的功率單元串聯(lián)，因此相電壓為690v5=3450v，所對(duì)應(yīng)的線電壓為6000v。每個(gè)功率單元由輸入隔離變壓

7、器的15個(gè)二次繞組分別供電，15個(gè)二次繞組分成5組，每組之間存在一個(gè)12的相位差。圖2中以中間接法為參考（0），上下方各有兩套分別超前（+12、+24）和滯后（-12、-24）的4組繞組。所需相差角度可通過(guò)變壓器的不同聯(lián)接組別來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1多重化變頻器拓?fù)鋱D圖2五功率單元串聯(lián)變頻器的電氣連接圖1中的每個(gè)功率單元都是由低壓絕緣柵雙極型晶體管（igbt）構(gòu)成的三相輸入，單相輸出的低壓pwm電壓型逆變器。功率單元電路見(jiàn)圖3。每個(gè)功率單元輸出電壓為1、0、-1三種狀態(tài)電平，每相5個(gè)單元疊加，就可產(chǎn)生11種不同的電平等級(jí)，分別為5、4、3、2、1和0。圖4為一相合成的正波輸出電壓波形。用這種多重化技術(shù)構(gòu)成

8、的高壓變頻器，也稱為單元串聯(lián)多電平pwm電壓型變頻器。采用功率單元串聯(lián)，而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓的問(wèn)題。每個(gè)功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/5的輸出相電壓和1/15的輸出功率。變頻器由于采用多重化pwm技術(shù)，由5對(duì)依次相移12的三角載波對(duì)基波電壓進(jìn)行調(diào)制。對(duì)a相基波調(diào)制所得的5個(gè)信號(hào)，分別控制a1a5 5個(gè)功率單元，經(jīng)疊加可得圖1.15所示的具有11級(jí)階梯電平的相電壓波形，它相當(dāng)于30脈波變頻，理論上19次以下的諧波都可以抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2%和0.8%，堪稱完美無(wú)諧波（perfect harmony）變頻器。它的輸入功率因數(shù)可達(dá)0

9、.95以上，不必設(shè)置輸入濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯(lián)各單元之間的載波錯(cuò)開(kāi)一定的相位，每個(gè)功率單元的igbt開(kāi)關(guān)頻率若為600hz，則當(dāng)5個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，等效的輸出相電壓開(kāi)關(guān)頻率為6khz。功率單元采用低的開(kāi)關(guān)頻率可以降低開(kāi)關(guān)損耗，而高的等效輸出開(kāi)關(guān)頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、du/dt值和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。所以這種變頻器對(duì)電機(jī)無(wú)特殊要求，可用于普遍籠型電機(jī)，且不必降額使用，對(duì)輸出電纜長(zhǎng)度也無(wú)特殊限制。由于功率單元有足夠的濾波電容，變頻器可承受-30%電源電壓下降和5個(gè)周期的電源喪失。這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

10、雖然使器件數(shù)量增加，但由于igbt驅(qū)動(dòng)功率很低，且不必采用均壓電路、吸收電路和輸出濾波器，可使變頻器的效率高達(dá)96%以上。圖3功率單元電路圖4五功率單元串聯(lián)輸出電壓波形（2）多電平技術(shù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中壓電壓等級(jí)為6kv和10kv，若直接變頻，即使用4.5kv6kv耐壓的功率器件，仍需串聯(lián)使用，使器件數(shù)量增加，電路復(fù)雜，成本增加，可靠性大為降低。為了避免功率器件的串、并聯(lián)使用，世界上很多公司致力于開(kāi)發(fā)高耐壓、低損耗、高速度的功率器件。如西門子公司研制的hv-igbt耐壓可達(dá)4.5kv，abb公司研制的新型功率器件一集成門極換流晶閘管（igct），耐壓可達(dá)6kv，并在致力于研制耐壓9kv的igct器件。

11、在研制高耐壓器件的同時(shí)，對(duì)變頻器的主電路拓?fù)涞难芯恳灿兴黄?，多電平技術(shù)就是使用有限耐壓的功率器件，直接應(yīng)用于6kv電壓的主電路拓?fù)浼夹g(shù)。圖5所示是abb公司acs1000型12脈沖輸入三電平高壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu)圖。 整流部分采用12脈沖二極管整流器，逆變部分采用三電平pwm逆變器。由圖1.16可以看出，該系列變頻器采用傳統(tǒng)的電壓型變頻器結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用高耐壓的igct功率器件，使得器件總數(shù)減少為12個(gè)。隨著器件數(shù)量的減少，成本降低，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，從而使體積縮小，可靠性更高。若采用6kv耐壓的igct，變頻器輸出電壓可達(dá)4.16kv，采用5.5kv耐壓的igct，變頻器輸出電壓可達(dá)3500v，

12、將y型接法的6kv中壓電動(dòng)機(jī)改為接法，剛好適用此電壓等級(jí)，同時(shí)也滿足了igct電壓型變頻器對(duì)電機(jī)的絕緣等級(jí)提高一級(jí)的要求，因此這個(gè)方案可能是最經(jīng)濟(jì)合理的。若要輸出6kv電壓，還必須進(jìn)行器件串聯(lián)。由于變頻器的整流部分是非線性的，產(chǎn)生的高次諧波將對(duì)電網(wǎng)造成污染。為此，圖1.16所示的acs1000系列變頻器的12脈波整流接線圖中，將兩組三相橋式整流電路用整流變壓器聯(lián)系起來(lái)，其初級(jí)繞組接成三角形，其次級(jí)繞組則一組接成三角形，另一組接成星形。整流變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組的線電壓相同，但相位則相差30角，這樣5次、7次諧波在變壓器的初級(jí)將會(huì)有180的相移，因而能夠互相抵消，同樣的17、19次諧波也會(huì)互相抵消。

13、這樣經(jīng)過(guò)2個(gè)整流橋的串聯(lián)疊加后，即可得到12波頭的整流輸出波形，比6個(gè)波頭更平滑，并且每個(gè)整流橋的二級(jí)管耐壓可降低一半。采用12相整流電路減少了特征諧波含量，由于n=kp1(p為整流相數(shù)、k為自然數(shù)、n為特征諧波次數(shù))。所以網(wǎng)側(cè)特征諧波只有11、13、23、25次等。如果采用24脈波整流電路，網(wǎng)側(cè)諧波將更進(jìn)一步被抑制。兩種方案均可使輸入功率因數(shù)在全功率范圍內(nèi)保證在0.95以上，不需要功率因數(shù)補(bǔ)償電容器。圖5 三電平igct變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖圖6 三電平pwm變頻器輸出線電壓波形圖變頻器的逆變部分采用傳統(tǒng)的三電平方式，所以輸出波形中會(huì)不可避免地產(chǎn)生比較大的諧波分量，這是三電平逆變方式所固有的。輸

14、出線電壓波形見(jiàn)圖6。因此在變頻器的輸出側(cè)必須配置輸出濾波器才能用于普通的籠型電動(dòng)機(jī)。同樣由于諧波的原因，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率都會(huì)受到一定的影響，只有在額定工況點(diǎn)才能達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，隨著轉(zhuǎn)速的降低，功率因數(shù)和效率都會(huì)相應(yīng)降低。（3）兩種類型變頻器的性能比較現(xiàn)對(duì)多重化變頻器（csml）和三電平(中性點(diǎn)鉗位)變頻器（npc）進(jìn)行性能比較，兩種高壓變頻器各有優(yōu)缺點(diǎn)，分別體現(xiàn)在以下各方面：器件數(shù)量以6kv輸出電壓等級(jí)的變頻器為例，采用npc方式，逆變器部分需36個(gè)耐壓為3300v的高壓igbt，或者采用24個(gè)耐壓為5000v的igct。采用csml方式，需要15個(gè)功率單元，共計(jì)60個(gè)耐壓為1700

15、v的低壓igbt。從器件的數(shù)量上看，csml方式要多于npc方式，但csml方式采用的是低壓igbt，相對(duì)于高壓功率器件而言，低壓器件的技術(shù)更加成熟、可靠，成本也較低。均壓?jiǎn)栴}：均壓?jiǎn)栴}（包括靜態(tài)均壓和動(dòng)態(tài)均壓）是影響高壓變頻器可靠性的重要因素，采用npc方式，當(dāng)輸出電壓等級(jí)較高（如6kv）時(shí)，單用12個(gè)器件不能滿足耐壓要求，必須采用器件直接串聯(lián)，器件直接串聯(lián)必然帶來(lái)均壓?jiǎn)栴}，失去三電平結(jié)構(gòu)在均壓方面的優(yōu)勢(shì)，大大影響系統(tǒng)的可靠性。采用csml方式，不存在均壓?jiǎn)栴}，唯一存在的問(wèn)題是當(dāng)變頻器處于快速制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，導(dǎo)致單元內(nèi)直流母線電壓上升，各單元的直流母線電壓上

16、升程度可能存在差異，但這個(gè)問(wèn)題很容易解決，通過(guò)檢測(cè)功率單元直流母線電壓，當(dāng)任何單元的直流母線電壓超過(guò)某一閾值時(shí)，自動(dòng)延長(zhǎng)減速時(shí)間，以防止直流母線電壓“泵升”，即所謂的過(guò)電壓失速防止功能，這種技術(shù)在低壓變頻器中被廣泛采用，非常成功。對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和功率因數(shù) 由于csml方式輸入整流電路的脈沖數(shù)超過(guò)npc方式，前者在輸入諧波方面的優(yōu)勢(shì)是明顯的，因此在綜合功率因數(shù)方面也有一定的優(yōu)勢(shì)。輸入波形 npc方式輸出相電壓是三電平，線電壓是五電平。而6kv等級(jí)的csml方式輸出相電壓為11電平，線電壓為21電平。而且，后者的等效開(kāi)關(guān)頻率（6khz）大大高于前者，所以后者在輸出波形質(zhì)量方面優(yōu)勢(shì)也是明顯的。dv

17、/dt npc方式的輸出電壓跳變臺(tái)階為一半的高壓直流母線電壓，對(duì)于6kv輸出變頻器而言，為4000v左右，csml方式輸出電壓跳變臺(tái)階為單元的直流母線電壓，不會(huì)超過(guò)1000v，所以二者在輸出dv/dt方面的差距也是明顯的。系統(tǒng)效率就變壓器與逆變電路而言，npc方式和csml方式的效率非常接近，但考慮到輸出波形的質(zhì)量的差異，若采用普通電機(jī)，前者必須設(shè)置輸出濾波器，后者不必。而濾波器的存在大約會(huì)影響效率0.5%左右。若采用特殊變頻電機(jī)，兩種變頻器的效率基本接近，但由于輸出波形方面的優(yōu)勢(shì)，采用csml方式時(shí)，電機(jī)運(yùn)行效率相對(duì)較高。但由于igbt導(dǎo)通壓降大，效率較低，而igct則損耗較小，因而器件效率

18、較高。四象限運(yùn)行 npc方式當(dāng)輸入采用對(duì)稱的pwm整流電路時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，可用于軋機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備；而csml方式則無(wú)法實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，只能用于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。冗余設(shè)計(jì) npc方式的冗余設(shè)計(jì)很難實(shí)現(xiàn)。而csml方式可以方便地采用功率單元旁路技術(shù)和冗余功率單元設(shè)計(jì)方案，大大地有利于提高系統(tǒng)的可靠性?？删S護(hù)性 除了可靠性以外，可維護(hù)性也是衡量高壓變頻器優(yōu)劣的一個(gè)重要因素，csml方式采用模塊化設(shè)計(jì)，更換功率單元時(shí)只要拆除3個(gè)交流輸入端子和兩個(gè)交流輸出端子，以及一個(gè)光纖插頭，就可抽出整個(gè)單元，十分方便。而npc方式就不那么方便了。綜上所述，三電平電壓源型變頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且可做成四象限運(yùn)行的

19、變頻器，應(yīng)用范圍較寬。如電壓等級(jí)較高時(shí)，采用器件直接串聯(lián)，帶來(lái)均壓?jiǎn)栴}，且存在輸出諧波和dv/dt等問(wèn)題，一般要設(shè)置輸出濾波器。在電網(wǎng)對(duì)諧波失真要求較高時(shí)，還要設(shè)置輸入濾波器。多重化pwm電壓源型變頻器不存在均壓?jiǎn)栴}，且在輸入諧波輸出諧波及dv/dt等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，但只能二象限運(yùn)行。從負(fù)載類型而言，對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵等一般不要求四象限運(yùn)行的設(shè)備，csml變頻器有較大的應(yīng)用前景；對(duì)軋機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等要求四象限運(yùn)行的設(shè)備而言，適合采用npc型變頻器。從電壓等級(jí)來(lái)看，在目前的電力電子功率器件的耐壓水平下，考慮到器件串聯(lián)帶來(lái)的均壓?jiǎn)栴}，6kv以上電壓等級(jí)（含6kv），宜優(yōu)先考慮csml方式。（4）變頻調(diào)速

20、系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)是： 可實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速精度高，轉(zhuǎn)速（頻率）分辯率高。 調(diào)速效率高。變頻調(diào)速的特點(diǎn)是在頻率變化后，電動(dòng)機(jī)仍在該頻率的同步轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行，基本上保持額定轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差損失不增加。變頻調(diào)速時(shí)的損失，只是在變頻裝置中產(chǎn)生的變流損失，以及由于高次諧波的影響，使電動(dòng)機(jī)的損耗有所增加，相應(yīng)效率有所下降。所以變頻調(diào)速是一種高效調(diào)速方式。 調(diào)速范圍寬，一般可達(dá)101（505hz）或201（502.5hz）。并在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均具有較高的調(diào)速裝置效率v。所以變頻調(diào)速方式適用于調(diào)速范圍寬，且經(jīng)常處于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)行的負(fù)載。 功率因數(shù)高，可以降低變壓器和輸電線路的容量，減少線損，節(jié)省

21、投資?；蛟谕瑯拥碾娫慈萘肯拢梢远嘌b風(fēng)機(jī)或水泵負(fù)載。 當(dāng)變頻裝置故障時(shí)可以退出運(yùn)行，改由電網(wǎng)直接供電（工頻旁路）。這對(duì)于泵或風(fēng)機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是很有利的。如萬(wàn)一變頻裝置發(fā)生故障，就退出運(yùn)行，不影響泵與風(fēng)機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行；又如在接近額定頻率（50hz）范圍工作時(shí)，由變頻裝置調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性并不高，變頻裝置可退出運(yùn)行，由電網(wǎng)直接供電，改用節(jié)流等常規(guī)的調(diào)節(jié)方式。 變頻裝置可以兼作軟起動(dòng)設(shè)備，通過(guò)變頻器可將電動(dòng)機(jī)從零速起動(dòng)連續(xù)平滑加速直致全速運(yùn)行。變頻軟起動(dòng)是目前最好的軟起動(dòng)方式，變頻器是目前最好的軟起動(dòng)設(shè)備。主要缺點(diǎn)是： 目前，變頻調(diào)速技術(shù)在高壓大容量傳動(dòng)中推廣應(yīng)用的主要問(wèn)題有兩個(gè)：一個(gè)是我國(guó)發(fā)電廠輔機(jī)電動(dòng)

22、機(jī)供電電壓高（310kv），而功率開(kāi)關(guān)器件耐壓水平不夠，造成電壓匹配上的問(wèn)題；二是高壓大功率變頻調(diào)速裝置技術(shù)含量高、難度大，因而投入也高，而一般風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能改造都要求低投入，高回報(bào)，從而造成經(jīng)濟(jì)效益上的問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題是它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能的主要障礙。 因電流型變頻器輸出電流的波形和電壓型變頻器輸出電壓的波形均為非正弦波形而產(chǎn)生的高次諧波，對(duì)電動(dòng)機(jī)和供電電源會(huì)產(chǎn)生種種不良影響。如使電動(dòng)機(jī)附加損耗增加、溫升增高，從而使電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)下降，出力受到限制，噪聲增大以及對(duì)無(wú)線電通信干擾增大等。同時(shí)，高次諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)，其脈動(dòng)頻率為6kf(k=1，2，3)。當(dāng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率較低并

23、接近裝置系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象。因此，裝置系統(tǒng)必須注意避免在共振點(diǎn)附近運(yùn)行。如采用pwm變頻器或采用多重化技術(shù)的電流型和電壓型變頻器，其輸出波形大為改善，高次諧波大大減少，所以這個(gè)問(wèn)題可以得到大大的改善。3. 繞線式電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速繞線式電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速，雖然也是通過(guò)改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率來(lái)達(dá)到調(diào)速目的的，但它與能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速不同，關(guān)鍵的差別體現(xiàn)在對(duì)轉(zhuǎn)差功率的處理上。能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速是將調(diào)速中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率變成熱能消耗掉了，而串級(jí)調(diào)速卻是通過(guò)電子變流裝置和逆變變壓器，將轉(zhuǎn)差功率又反饋回電網(wǎng)，因此是一種高效的調(diào)速方式。（1）普通串級(jí)調(diào)速?gòu)碾姍C(jī)學(xué)得知，為了實(shí)現(xiàn)繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；除可

24、通過(guò)在轉(zhuǎn)子回路中串電阻的方式外，還可采用在轉(zhuǎn)子回路串電勢(shì)的方法。這種在轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢(shì)進(jìn)行調(diào)速的方法，稱為繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速的關(guān)鍵是串入到轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)ef的頻率必須與轉(zhuǎn)子電勢(shì)頻率f2相等，但f2是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，即f2是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n決定的，即 式中：p磁極對(duì)數(shù)；s轉(zhuǎn)差率。但要串入一個(gè)永遠(yuǎn)跟隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的電勢(shì)ef是相當(dāng)困難的。解決的辦法是先把轉(zhuǎn)子電勢(shì)整流成直流電勢(shì)ed，再在此直流回路中串入一與ef相當(dāng)?shù)目烧{(diào)節(jié)的直流電勢(shì)，就可避免隨時(shí)改變ef頻率的困難了。具體的實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速有下述三種方式：第一種是由一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)與主繞線式異步電動(dòng)機(jī)組成的串

25、級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)叫機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)或叫克萊墨系統(tǒng)。第二種是由一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)、一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)與主繞線式異步電動(dòng)機(jī)組成的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)叫電機(jī)式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)或謝菲爾畢斯系統(tǒng)。第三種是由變頻器與繞線式異步電動(dòng)機(jī)組成的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)叫晶閘管（可控硅）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)或靜止謝菲爾畢斯系統(tǒng)。上述第一種及第二種串級(jí)調(diào)速方式過(guò)去早有應(yīng)用；第三種晶閘管串級(jí)調(diào)速是一種新的串級(jí)調(diào)節(jié)方式，它在目前應(yīng)用最廣泛，已有取代第一、二種串級(jí)調(diào)速的趨勢(shì)。與轉(zhuǎn)子串電阻方式相比較，轉(zhuǎn)子串電勢(shì)的串級(jí)調(diào)速的優(yōu)越性是可以回收轉(zhuǎn)差損失，僅是在晶閘管等換流元件換流時(shí)產(chǎn)生一些不大的換流損失，所以繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速是一種高效

26、調(diào)速方式。晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)又可分為低（次）同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)和超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)兩種。當(dāng)串接到繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的附加電勢(shì)ef與轉(zhuǎn)子電勢(shì)se20反向時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只能朝電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速以下的方向調(diào)節(jié)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速恒低于電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，稱為低（次）同步串級(jí)調(diào)速。當(dāng)ef與se20既可同向串接，又可反向串接時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速既可高于又可低于電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，稱為超同步串級(jí)調(diào)速，或稱為雙饋調(diào)速。圖7所示為低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，其工作原理為：繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差電勢(shì)e2（se20）經(jīng)三相整流橋zl后整流為直流電勢(shì)ed，再經(jīng)電抗器l濾波后，加到三相逆變橋nb上。由晶閘管組成的三相有源逆變器nb

27、的作用有兩個(gè)：一是為轉(zhuǎn)子回路由電網(wǎng)提供附加直流電勢(shì)e，它與外串附加交流電勢(shì)ef相當(dāng)，因是低同步串級(jí)調(diào)速，所以他的方向與轉(zhuǎn)子直流電勢(shì)ed相反。nb的第二個(gè)作用是把直流電再逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的三相交流電，從而把轉(zhuǎn)差功率ps通過(guò)逆變變壓器b匹配成電網(wǎng)電壓，送回電網(wǎng)。圖7低同步晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 圖8交直交超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖8為超同步晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。它與低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主要區(qū)別是把由二極管組成的不可控的整流器改為由晶閘管組成的可控的整流器，這樣它既可作整流器用，又可以作為逆變器使用。當(dāng)超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在低同步范圍調(diào)速時(shí)，可控的整流器作用與不可控的整流器完全相同。但當(dāng)超同步串級(jí)

28、調(diào)速系統(tǒng)在超同步范圍內(nèi)調(diào)速時(shí)，原來(lái)的逆變器成為整流器，它通過(guò)變壓器從電網(wǎng)吸收交流能量，并將其整流為直流電。而原可控的整流器則成為逆變器，它把直流電變?yōu)轭l率與轉(zhuǎn)子頻率相同的交流電，由變頻器向轉(zhuǎn)子繞組供電。這樣，超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作方式已是一種繞線式異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速方式了，其定子繞組由工頻電源供電；而轉(zhuǎn)子繞組則由變頻電源供電，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子變頻電源的頻率就可以進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。由上述可以看出，繞線式異步電動(dòng)機(jī)的這種變頻調(diào)速方式與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速方式并不相同，后者僅由定子側(cè)供電，而前者是由定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)雙方饋電的。因此，超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)又稱為雙饋感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或簡(jiǎn)稱雙饋電動(dòng)機(jī)。低同步晶閘管

29、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)常稱為晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)；超同步晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)常稱為雙饋調(diào)速系統(tǒng)。（低同步）晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的逆變器稱為有源逆變器，它的作用是把直流電逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電饋送到電網(wǎng)中去。這就是說(shuō)，有源逆變器的交流側(cè)與電網(wǎng)相連，其負(fù)載是有源網(wǎng)絡(luò)，所以其頻率和電壓都是一定的。變頻調(diào)速系統(tǒng)中的逆變器稱為無(wú)源逆變器，它的作用是把直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電供給負(fù)載（電動(dòng)機(jī)），以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。這就是說(shuō)，無(wú)源逆變器的交流側(cè)不與電網(wǎng)相連，而與電動(dòng)機(jī)相連。晶閘管串級(jí)調(diào)速方式用于泵或風(fēng)機(jī)調(diào)速時(shí)，其主要優(yōu)點(diǎn)為：晶閘管串級(jí)調(diào)速是一種高效調(diào)速方式。一般而言，晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總效率（即電動(dòng)機(jī)和調(diào)速

30、裝置的綜合效率z）應(yīng)高于鼠籠式電動(dòng)機(jī)及變頻裝置的綜合效率z。這是因?yàn)榫чl管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，只有轉(zhuǎn)差功率經(jīng)過(guò)變頻器；而鼠籠式電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，其由電網(wǎng)輸入的全部有功功率都要通過(guò)變頻器。所以從通過(guò)變頻器時(shí)的功率損失（稱為換流損失）來(lái)看，顯然晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)要小得多。圖9所示為典型晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的z及cos值，z定義為z式中：pb指電網(wǎng)凈輸出，不包括輸入后又輸出的轉(zhuǎn)差功率。晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具有故障或其他原因時(shí)自動(dòng)切換至額定轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的功能。故當(dāng)串級(jí)調(diào)速裝置有故障時(shí)，泵與風(fēng)機(jī)仍可以繼續(xù)工作。此外，由于晶閘管串級(jí)調(diào)速裝置的硅二極管、電抗器、晶閘管、變壓器等元件要產(chǎn)生電壓降，故串級(jí)調(diào)速系

31、統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到原電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的95左右，因此，若要電動(dòng)機(jī)在原額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，亦需把串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的“調(diào)速狀態(tài)”切換到異步狀態(tài)。調(diào)速裝置由靜止元件組成，噪聲小，易于維護(hù)，壽命長(zhǎng)；當(dāng)泵或風(fēng)機(jī)的調(diào)速范圍較小時(shí)，調(diào)速裝置的容量可大大減小，價(jià)格也相應(yīng)降低。晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是：15晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)低。如圖9所示，在100額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)總功率因數(shù)cos還不到0.6；在50額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)還不到0.3。造成系統(tǒng)總功率因數(shù)低的主要原因是串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 圖9 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的z中的晶閘管逆變器在工作時(shí)需要吸收無(wú)功功 16500kw，14極，50hz率。還有兩個(gè)原因是：由于

32、系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子整流 22200kw，12極，50hz器的作用，使電動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)功率因數(shù)變壞；由于系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)和逆變變壓器的電流波形發(fā)生畸變，其電流的高次諧波分量引起無(wú)功的畸變功率，使系統(tǒng)的總功率因數(shù)即cos變壞。后者兩個(gè)原因所造成的系統(tǒng)總功率因數(shù)降低約10左右。 產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)有污染。在晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接的硅二極管整流器和晶閘管逆變器，它們每相的電流都是間歇電流，包含著一定分量的高次諧波。高次諧波電流不但對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)本身產(chǎn)生不良影響（如使系統(tǒng)的損耗增加，功率因數(shù)降低等）；更重要的是對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)也將產(chǎn)生不良影響。它使供電電網(wǎng)的電壓波形產(chǎn)生畸變。畸變電壓會(huì)引起下列不良

33、現(xiàn)象：使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子損耗增加，其轉(zhuǎn)子回路中亦因感應(yīng)諧波電勢(shì)而使轉(zhuǎn)子損耗增加；使電源變壓器損耗增加，噪聲增大；可能引起母線與補(bǔ)償電容器和線路上的感抗元件發(fā)生共振，使電容器過(guò)熱;可能導(dǎo)致并聯(lián)工作的晶閘管變流裝置相互干擾而控制失調(diào)；給儀表裝置和通訊設(shè)備帶來(lái)電干擾和磁干擾。提高功率因數(shù)的措施：具有斬波環(huán)節(jié)的晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。所謂帶斬波器的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，就是在傳統(tǒng)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子回路的二極管整流橋與晶閘管逆變橋電路之間并聯(lián)接入一個(gè)斬波器，如圖10所示。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，逆變器的圖10帶斬波器的晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理逆變角固定在最小安全逆變角min不變，通過(guò)調(diào)節(jié)斬波器在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通與關(guān)斷的變化實(shí)現(xiàn)調(diào)

34、速。因cosmin值較大，逆變器從電網(wǎng)需要的無(wú)功功率減小，故使系統(tǒng)的功率因數(shù)提高，在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)比一般串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)高0.20.3。目前上海電器成套廠生產(chǎn)的帶斬波器的晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的容量已達(dá)550kw。斬波器通常由普通晶閘管構(gòu)成。若采用可關(guān)斷晶閘管gto或電力晶體管gtr、絕緣柵雙極型晶體管igbt等全控型電力開(kāi)關(guān)元件，則其控制線路可大為簡(jiǎn)化。對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中逆變器的電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件用全控型開(kāi)關(guān)元件（如電力晶體管gtr、門極可關(guān)斷晶閘管gto、絕緣柵雙極型晶體管igbt等）取代普通的晶閘管，由于gtr、gto、igbt等具有自關(guān)斷能力，且開(kāi)關(guān)頻率高，因此逆變器可作成pwm型，輸出的電壓或電

35、流為近似正弦波形，不但高次諧波量少，而且有高的功率因數(shù)。雙饋調(diào)速系統(tǒng)與（低同步）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)：雙饋調(diào)速系統(tǒng)不但可以在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，還可以在同步轉(zhuǎn)速以上調(diào)速；而且在同步轉(zhuǎn)速上、下，既可以電動(dòng)運(yùn)行，又可以制動(dòng)運(yùn)行。而晶閘管串調(diào)系統(tǒng)只能在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，沒(méi)有制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于雙饋調(diào)速可以在同步轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，所以只要電動(dòng)機(jī)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，便可以發(fā)出比額定功率大的功率。這對(duì)于火力發(fā)電廠的鍋爐給水泵等這類大容量、高轉(zhuǎn)速泵具有很大意義，因?yàn)檫@些泵的轉(zhuǎn)速比電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速高，而使用雙饋調(diào)速系統(tǒng)不用增速齒輪就可達(dá)到。雙饋調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)比串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)高，且高次諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾較小。雙饋調(diào)

36、速系統(tǒng)的線路比串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，初投資也高，維護(hù)較困難，要求工人具有較高的文化技術(shù)水平。雙饋調(diào)速系統(tǒng)和串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是不需要調(diào)節(jié)全部傳動(dòng)功率的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，因此，經(jīng)變頻裝置的功率僅僅是傳動(dòng)功率的一部分（轉(zhuǎn)差功率），這部分功率的大小和調(diào)速范圍成正比例。這種調(diào)速方式最適用于調(diào)速范圍不大的場(chǎng)合。另外，因只需對(duì)傳動(dòng)功率的一部分進(jìn)行變頻，所以能量變換裝置中的能量損失較小。在各種可調(diào)速的電氣傳動(dòng)方式中，雙饋調(diào)速和串級(jí)調(diào)速的效率是最高的。其次，雙饋調(diào)速系統(tǒng)和串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)都具有高的可靠性，即使在變流裝置發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，仍可以將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子短接而工作在不調(diào)速的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于火電廠的鍋爐給水泵、鍋爐送、引風(fēng)機(jī)以及核

37、電站的循環(huán)泵等可靠性要求高的重要設(shè)備來(lái)說(shuō)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是很重要的。（2）內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)作為近代交流調(diào)速技術(shù)的重要分支，晶閘管串級(jí)調(diào)速曾獲得普遍的重視和廣泛的應(yīng)用。但是隨著近年來(lái)變頻調(diào)速技術(shù)的迅速崛起，串級(jí)調(diào)速受到很大的沖擊。除了理論上的誤導(dǎo)作用之外，串級(jí)調(diào)速技術(shù)在理論深入和技術(shù)改進(jìn)方面存在不足也是主要原因之一。內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)就是旨在克服傳統(tǒng)的晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)而提出的新型附加電勢(shì)調(diào)速方案。圖11為內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)圖。內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)的調(diào)速原理仍屬于繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串附加電勢(shì)進(jìn)行調(diào)速的理論范疇，但該附加電勢(shì)不是通過(guò)與電網(wǎng)聯(lián)接的逆變變壓器提供，而是通過(guò)安裝在定子上的調(diào)

38、節(jié)繞組從主繞組感應(yīng)過(guò)來(lái)的電勢(shì)所提供的，再通過(guò)變流裝置將該電勢(shì)串入電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，改變其串入電勢(shì)的大小即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。同時(shí)調(diào)節(jié)繞組吸收轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率，并通過(guò)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生正向的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這就使電機(jī)從電網(wǎng)吸收的有功功率減少，主繞組的有功電流隨轉(zhuǎn)速正比變化，達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的。與傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速的區(qū)別在于內(nèi)反饋調(diào)速的轉(zhuǎn)差功率不是饋入電網(wǎng)，而是反饋回電機(jī)內(nèi)部。轉(zhuǎn)差功率的這種內(nèi)饋的結(jié)果，使調(diào)速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率仍以電能的形式存在而沒(méi)有被消耗，從而提高了調(diào)速效率；另一方面，通過(guò)電機(jī)的磁勢(shì)平衡使定子繞組向電網(wǎng)吸收的功率減小，定子功率繞組中不再含有多余的轉(zhuǎn)差功率，克服了傳統(tǒng)串調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率在定子轉(zhuǎn)子電

39、網(wǎng)間的無(wú)謂循環(huán)傳輸現(xiàn)象。圖11 內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)圖與傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速的區(qū)別在于內(nèi)反饋調(diào)速的轉(zhuǎn)差功率不是饋入電網(wǎng)，而是反饋回電機(jī)內(nèi)部。轉(zhuǎn)差功率的這種內(nèi)饋的結(jié)果，使調(diào)速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率仍以電能的形式存在而沒(méi)有被消耗，從而提高了調(diào)速效率；另一方面，通過(guò)電機(jī)的磁勢(shì)平衡使定子繞組向電網(wǎng)吸收的功率減小，定子功率繞組中不再含有多余的轉(zhuǎn)差功率，克服了傳統(tǒng)串調(diào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率在定子轉(zhuǎn)子電網(wǎng)間的無(wú)謂循環(huán)傳輸現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，內(nèi)反饋調(diào)速電動(dòng)機(jī)本體，除了具有和常規(guī)電機(jī)相同的定、轉(zhuǎn)子繞組外，還在定子上設(shè)有特殊的調(diào)節(jié)繞組。調(diào)節(jié)繞組的作用是為轉(zhuǎn)子繞組提供調(diào)速所必須的附加電勢(shì)，并接收轉(zhuǎn)子在調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率，調(diào)節(jié)繞組的這一

40、作用，類似于傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的逆變變壓器，但內(nèi)反饋調(diào)速是在電機(jī)內(nèi)部的電磁系統(tǒng)中完成的轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)移，而傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速則是在兩個(gè)不同的電磁系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差功率的傳輸。不但在結(jié)構(gòu)上，前者比后者簡(jiǎn)單，而且使電機(jī)調(diào)速的功率傳輸性能更為合理。與傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速一樣，為了克服功率因數(shù)比較低的缺點(diǎn)，在轉(zhuǎn)子直流回路增加了直流斬波器，轉(zhuǎn)子整流器通過(guò)斬波器與逆變器相連，組成斬波式逆變器。斬波式內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速是通過(guò)改變斬波器的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此逆變器的控制角可取為最小值min，且固定不變，故可使無(wú)功損耗減小到最低程度，從而提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，同時(shí)也避免了因調(diào)速深度而帶來(lái)的功率因數(shù)進(jìn)一步降低的現(xiàn)象。圖12為斬波

41、式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)圖。為了進(jìn)一步提高內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)的功率因數(shù)，還可以采用內(nèi)補(bǔ)償措施。改善內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)的功率因數(shù)的關(guān)鍵，在于使調(diào)節(jié)繞組的無(wú)功功率呈容性，這一方面可以通過(guò)超前換流的電子變流器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)內(nèi)補(bǔ)償方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)補(bǔ)償是一種簡(jiǎn)單、可靠的改善功率因數(shù)、降低無(wú)功損耗的方法，其線路圖如圖13所示。圖12 斬波式內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)圖13 內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)的內(nèi)補(bǔ)償在調(diào)節(jié)繞組接入補(bǔ)償電容器，為了抑制諧波電流，串入阻尼電抗器l2。這樣，調(diào)節(jié)繞組除了反饋電流i31以外，還產(chǎn)生容性電流i3c，總的電流為：。將補(bǔ)償?shù)母行詿o(wú)功分量，使呈純電阻性質(zhì)，或者偏容性，因此實(shí)質(zhì)性地改善了電機(jī)的功率因數(shù)。內(nèi)補(bǔ)償?shù)淖罱K目的是為了避免調(diào)節(jié)繞組感性電流引起的原邊激磁電流的增大，為此，要求與的感性無(wú)功分量完全相等而抵消，這種補(bǔ)償稱為準(zhǔn)補(bǔ)償。準(zhǔn)補(bǔ)償對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的功率因數(shù)并未起到補(bǔ)償作用，但由于它使q30，因此并不增加電機(jī)功率繞組的激磁功率及損耗，而且調(diào)節(jié)繞組的功率因數(shù)接近于1，使其損耗最小。如果調(diào)節(jié)繞組容量允許的話，最好使q30而呈容性，這對(duì)于調(diào)節(jié)繞組來(lái)說(shuō)是過(guò)補(bǔ)償，過(guò)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果使得功率繞組的激磁電