内馈斩波串级调速装置设计及需要注意的几个问题-上海师范大学学报.pdfVIP

维普资讯 第34卷第3期 上海师范大学学报 (自然科学版) V01．34．No．3 2005年 9月 JournalofShanghaiNormalUniversity(NaturalSciences) 2005 ，Sep ． 内馈斩波 串级调速装置设计 及需要注意的几个 问题 江友华 ，蔡 文2，曹以龙 ，龚幼民 (1．上海大学 自动化系，上海 200072；2．上海师范大学机 电学院，上海 201418) 摘 要：在风机、水泵等调速性能要求不高、调速范围不宽的场合，串级调速系统可以发挥很 大的作用．传统的串级调速系统存在功率因数不高、需要逆变变压器等缺陷，应用受到一定限 制 ．在 内馈斩波串级调速系统中不需要使用逆变变压器，可使系统体积大大缩小，同时由于逆 变器以最小逆变角运行 ，能够大大提高功率因数．作者分析 了内馈斩波 串级调速系统的工作原 理及其双闭环控制策略，针对实际设计和调试 中遇到的问题 ，给 出了相关的分析和建议以及相 关实验波形和结论． 关键词 ：内馈电机 ；斩波；串级调速；功率 因 中图分类号 ：TM343 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—5137(2005)03-0033-05 0 引 言 对于风机和水泵等负载，如果能够通过改变转速来调节流量和压力，取代传统的用挡风板和阀门调 节转速 的方法，则平均可节 电30％左右．对于这类负载来说，由于具有调速范围小 (一般为 50％ ～ 100％)，系统静动态特性要求较低，但经济性要求却较高的特点，如果采用变频调速的方法，其性价比 不高，而串级调速则非常适用．另外，串级调速系统还具有装置安全、可靠性高的优点，即使串调装置出 现故障，异步电动机也能完全脱离串调装置转换到转子短接全速运行 】．传统串级调速存在系统功率 因数低 的突出缺点，高速满载运转时总功率因数约在0．6左右，低速时总功率因数更低．因此，就需要寻 求提高串调系统功率因数的方法，进而改善其效率．内馈斩波串级调速系统就是在这样 的前提下提出 的，其主电路如图1所示．图中QS1，QS2为维修开关，正常时Qs1闭合，QS2断开．KM1，KM2为接触器， 启动时KM2断开，KM1闭合，频敏变阻器接人进行限流启动，启动完毕，KM1断开，KM2闭合，频敏变阻 器切除． 1 内馈斩波串级调速的工作原理 传统串级调速系统功率因数低 的一个重要原因就是采用了相位控制的逆变器，逆变角 B越大，逆 变器从电网吸收的无功功率越多．如果在传统串调的直流主回路 中加人升压斩波器 (Boost)来控制附 加电动势，使晶闸管的逆变角固定在最小逆变角 =300，即可降低无功功率，提高系统功率因数．由 收稿 日期 ：2005-05—19 基金项 目：上海市博士点建设基金项 目(K07)． 作者简介：江友华 (1974一)，男 ，上海大学 自动化系博士研究生，蔡文(1971一)，女 ，上海师范大学机 电学院讲师 维普资讯 维普资讯 第3期 江友华，蔡 文 ，曹以龙，等：内馈斩波串级调速装置设计及需要注意的几个问题 35 由上式可见，改变斩波器开关闭合时问 的大小就可 以改变电机转速 n的大小． 2 内馈斩波串级调速 的控制策略 由于串级调速系统的机械特性软，静差率较大，所 以开环系统只能用于对调速精度要求不高的场 合．为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，一般采用闭环控制，采用具有电流反馈与转速反馈 的双闭环控制方式． 根据式(1)～(4)，再考虑给定滤波环节和反馈滤波环节可得内馈斩波串级调速系统动态结构框 图 如图3所示． 图3 内馈斩波串级调速双闭环控制动态结构框图 其中转速反馈信号取 自与内馈 电机轴上连接的接近开关，每旋转一圈产生36个脉冲，可以采用T 法测速 ，电流反馈信号是通过霍尔变换器取 自转子整流直流