内馈调速的斩波控制原理..docVIP

内馈调速的斩波控制原理 屈维谦 引言 “斩波内馈”是我国首创的一种新型交流调速技术，其突出特征是将数字化的斩波技术与内馈调速电机有机相结合，于是从根本上克服了传统串级调速存在的缺点，避免重蹈串级调速的覆辙。通过近二十年的实践探索和理论研究，斩波内馈调速在技术和理论上都取得了很大发展，实践表明，斩波内馈调速具有效率高，成本低，功率因数高，谐波分量小等优点，不仅为我国的高压、大容量风机泵类节能提供了一种经济、高效的调速技术和产品，也为世界的交流调速填补了一项空白。 变流控制是近代交流调速系统中重要的组成部分，对调速性能具有举足轻重的影响，内馈调速虽然解决了传统串级调速的基本问题，但如果沿用串级调速的变流控制，忽视存在的缺点，结果将事与愿违，甚至比串级调速的性能还要差，因此必须引起高度重视。 传统串级调速除了“外馈”的缺点之外，更为严重的问题存在于移相式的变流控制方式，它给串级调速带来功率因数低，谐波分量大，可靠性差等致命的损害。如果内馈调速仍沿用这种控制方式，后果将更为严重。可以说，不解决变流控制的问题，内馈调速就只能停留在原理上，根本无法实现工程应用。斩波内馈调速历经三次艰难的技术改革，核心问题就是改进变流控制实现斩波。 变流控制的功能 按照功率控制原理，变流控制的功能在于： 对转子的电转差功率大小能够连续控制，以实现转速的无级调节。 实现转子的电转差功率与附加电源的功率交换。 对于第一项功能，由于异步机转子的电压频率是随转速而变化的，直接对电转差功率控制技术上难度较大，因此多从附加的工频电源端控制。控制方法与电路形式密切相关，详见后叙。 对于第2项功能，应考虑到两个电源要进行有功功率交换，前提是频率必须相同。但是，转子的频率为，随转差率（即转速）而变，附加电源则为工频，两者频率不同，因此，要进行频率变换，实现统一。 除了上述的两项基本功能之外，还要求变流控制具有： 功率因数高，尽量少产生感性无功功率。因为无功功率不仅不起调速作用，反而会引起无功损耗，增大电机负担。 谐波分量小，尽量减小对电机和电源的谐波影响。 线路经济，性能可靠 至于变流控制的效率，尽管控制形式千差万别，但均属于电力电子系统，因此效率都很高（95%以上），故未列入功能要求之中。 基本功能是调速所必须的，所有的控制装置都要做到。实际上，变流控制的性能优劣，关键取决于后三项功能，不同的变流控制方式差别是非常之大的。 移相控制的原理与缺点 图1是典型的移相控制变流电路,由三相整流器、平波电抗器和三相有源逆变器所构成。转子电压与三相整流器相联，三相有源逆变器则与内馈绕组相联，为使电流连续并抑制谐波，在直流回路中串入平波电抗器。电路的工作原理是：为了实现频率转换，首先将可变的转子交流电压整流成为直流，这样，不管转子频率怎样随转速变化，其直流输出的频率都是零，是以不变应万变思想的体现。 有源逆变器是将直流变换成交流，并使直流电能馈入交流电源的变流装置。转子直流电流经过电抗器L流入有源逆变器的直流输入端，通过按工频频率有序地轮流触发逆变器的晶闸管，将转子直流转换为交流并流经内馈绕组，同时控制电流与内馈绕组电压的相位（即使电流与电压基本反相），使内馈绕组处于发电状态，于是，转子产生电转差功率并且交换给内馈绕组，完成了频率转换和功率交换的功能。其等效电路如图1-2所示， 图1 移相控制的变流电路 图2 直流等效电路 移相控制突出的缺点是人为的产生感性无功功率，问题主要出在电转差功率的连续控制上。从内馈绕组的角度观察，从转子移出的电转差功率为 。 （1） 分析发现，要改变P3大小，式中除了功率因数角之外都不可调，理由是：内馈绕组的相电压U3取决于线圈匝数，一经制造完成不可改变；电流I3就是转子电流I2，而转子电流取决于负载，不可控制，至于相数也不可改变。 根据变流理论，逆变器功率因数 ， （2） 当畸变系数μ近似不变时，功率因数取决于逆变角。受器件工作原理的限制，逆变角的取值为0○—90○，而且是滞后的，于是造成逆变电流滞后电压，其中的无功分量是电感性的，这是最为不利的。 在改变逆变角时，有功功率按公式1变化，但同时产生感性无功功率 。 （3） 这部分无功功率是人为控制所产生的，它将使内馈电机的定子激磁电流增大，因为无功功率最终要由电源通过定子来平衡。实际运行发现，当逆变角接近60○时，定子电流的有功分量还不到额定值的35%，但激磁电流却剧增到80%，致使定子电流超过额定值。如果继续增大逆变角，电流还要增大，电机根本无法正常运行。 移相控制另外的主要缺点是可靠性较差。与无源逆变器不同，有源逆变器对换向的要求