【文章內(nèi)容簡介】 過定子反饋到電網(wǎng)，逆變器和整流器在工作中的相電流由于是間隙電流，包含著一定分量的高次諧波，對電網(wǎng)產(chǎn)生一定程度的諧波污染。雖然加裝逆變變壓器可以減少耦合到電網(wǎng)交流電的諧波分量，但由于逆變變壓器是集中繞組，并不能很有效的抑制諧波。晶閘管串級系統(tǒng)最終將轉差功率以電能的形式反饋到外部電網(wǎng)的，并且附加電勢是由系統(tǒng)通過外部變壓器變壓后提供的，可稱為外反饋技術。60年代末期，我過一些單位開始進行晶閘管串級調(diào)速的試驗，70年代后期，西安整流器廠首先推出了系列產(chǎn)品，以后其它廠家也相繼推出了系列產(chǎn)品。1984年，當時的機械工業(yè)部發(fā)布了串級調(diào)速裝置的電工專業(yè)標準。1990年國家技術監(jiān)督局批準了半導體變流串級調(diào)速裝置的國標（GB126690），規(guī)范了這類裝置的設計、試驗要求。國內(nèi)最先是由屈維謙提出內(nèi)反饋串級調(diào)速方案的，時間是在80年代后期。但內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)真正推向市場則是北京長城機電（集團）公司組織殺害電機廠等單位的專家通過論證實驗才得以實現(xiàn)的。不久哈爾濱九州公司、河北保定公司緊隨其后。這時采用的是一種新的串級調(diào)速設備——內(nèi)反饋電機+晶閘管（或可控硅）斬波串級調(diào)速問世，許多傳統(tǒng)串調(diào)的缺點被克服，使該設備得到廣泛應用。該系統(tǒng)的優(yōu)點是無論轉速高低，逆變器都工作在逆變角為30176。，維持最大逆變電壓不變，逆變器的容量和電機調(diào)節(jié)繞組容量都按轉子最大輸出功率計算，大大小于傳統(tǒng)串級調(diào)速，但功率因素偏低，在定子電流中存在較多的逆變器產(chǎn)生的7次諧波及整流產(chǎn)生的低頻諧波。90年代中期以后，隨著電力電子技術和控制策略的發(fā)展，新的拓撲結構和控制策略被不斷提出，用IGBT構成 PWM整流器代替原有的晶閘管（或可控硅）逆變器，它結合PWM整流技術和串級調(diào)速技術，在保留串級調(diào)速優(yōu)點的同時，又利用了PWM整流器的優(yōu)點，不僅可以使逆變器側電流近似正弦，減小諧波，提高功率因素，甚至還可以向電網(wǎng)提供容性無功，用于補償串級調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的無功，從而提高整個系統(tǒng)的功率因數(shù)，也克服了原有系統(tǒng)存在逆變顛覆的缺點。到目前為止有上海南征、上?？旗?、保定北方、西部調(diào)速、河北泰達、北京內(nèi)達等七、八家公司生產(chǎn)高壓大功率內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)。 技術創(chuàng)新性內(nèi)反饋串級調(diào)速電動機是在國家標準系列（次系列和JR系列）繞線式轉子電機的設計基礎上，在定子側的原定子繞組嵌放另一套繞組，調(diào)節(jié)繞組嵌放在定子上，與定子繞組同槽，但在電氣上是互相絕緣的。調(diào)節(jié)繞組在旋轉磁場的作用下，產(chǎn)生感應電勢，用來接受從轉子益處的電轉差功率，調(diào)節(jié)繞組本身工作在發(fā)電狀態(tài)，把這部分功率通過電磁感應傳輸給定子，傳輸方向恰好與電動狀態(tài)相反，因此抵消了定子的部分有功功率，使電機自電網(wǎng)的輸入功率得以改變，從而改變轉子的機械輸出功率。轉子變頻調(diào)速電機與普通繞線式電機的最大區(qū)別在于：調(diào)速電機在定子側具有兩套繞組，一套是主繞組，與電網(wǎng)相聯(lián)結，從電網(wǎng)吸收能量；另一套繞組稱之為調(diào)節(jié)繞組，為轉子提供附加電勢源，同時回饋轉子的轉差功率，因此內(nèi)反饋電機的調(diào)速屬于附加電勢的串級調(diào)速范疇。內(nèi)反饋電機在定子繞組中增加了一套調(diào)節(jié)繞組，取消了向電網(wǎng)輸送能量的逆變變壓器，從物理結構上，可以理解為將外接變壓器繞組轉移到電動機定子側。轉子變頻調(diào)速電動機是通過改變電機的軸功率（即機械功率）來實現(xiàn)的，當電動機軸功率增大時，轉速升高，反之轉速下降。轉子變頻調(diào)速是將轉子的部分功率（即電轉差功率）反饋給電動機定子調(diào)節(jié)繞組，轉子反饋給調(diào)節(jié)繞組的功率越多，電動機的機械輸出功率越少，轉速就越低。調(diào)節(jié)繞組因電磁感應而產(chǎn)生電動勢，用以接受轉子中反饋的轉差功率，調(diào)節(jié)繞組處于發(fā)電狀態(tài)，抵消了定子繞組的部分有功功率，從而達到調(diào)速、節(jié)能的目的。內(nèi)反饋電機調(diào)速方案在技術上還是屬于附加電勢的串級調(diào)速范疇，但是由于取消了普通串級調(diào)速中的逆變變壓器，不僅減少了調(diào)速裝置的占地面積，調(diào)速系統(tǒng)更緊湊簡單，同時也帶來了其他方面的好處。眾所周知，電力電子裝置會產(chǎn)生大量的諧波污染，如何以為經(jīng)濟的手段來抑制諧波造成的危害，是電力電子裝置的設計者必須考慮的事情。與串級調(diào)速，內(nèi)反饋電機調(diào)速制諧波污染方面具有獨特的優(yōu)勢。由于調(diào)節(jié)繞組在電機定子糟中是分布嵌線的，繞組短距和分布的結果會大大減少諧波電流對定子電流的影響。因此雖然轉子和調(diào)節(jié)繞組中存在諧波電流，但諧波磁勢卻很小。而普通串級調(diào)速中的變壓器繞組是集中繞組，其繞組系數(shù)為1，起不到抑制諧波的作用。電動機調(diào)速裝置從電動機轉子引出的轉子電動勢，經(jīng)整流輸出，通過斬波器進行脈寬調(diào)制升壓，然后通過逆變裝置，將電動機轉差功率反饋到電動機的調(diào)節(jié)繞組。其中關鍵技術就是斬波電流控制，傳統(tǒng)的變流控制采用移相控制方法，致使產(chǎn)生大量的感性無功功率和次諧波電流。斬波控制從根本上解決了移相控制的缺點，逆變器的相角恒定，通過電力電子斬波開關的通斷，控制反饋功率的大小。另外斬波控制可使電機的調(diào)節(jié)繞組容量僅為電機額定容量的15%左右。斬波控制更為可貴的是使控制可靠性大為改善，諸如瞬時停電、過壓保護等難以解決的問題都可以通過斬波開關順利得以解決。 各種常用方式的比較表31 各種常用方式的比較常用方式特點分析變極調(diào)速變極調(diào)速是通過改變定子繞組的極對數(shù)來改變旋轉磁場同步轉速進行調(diào)速的，是無附加轉差損耗的高效調(diào)速方式。由于極對數(shù)P是整數(shù)，他不能實現(xiàn)平滑調(diào)速，只能有級調(diào)速。在供電頻率f=50HZ的電網(wǎng)，P=4時，相應的同步轉速n0=3000\1500\750r/min。改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式完成的。雙速電動機的定子是單繞組，三速和四速電動機的定子是雙繞組。這種改變極對數(shù)來調(diào)速的籠型電動機，提出稱為多速感應電動機或變極感應電動機。多速電動機的優(yōu)點是運行可靠，運行效率高，控制線路簡單，容易維護，對電網(wǎng)無干擾，初始投資低。缺點是有級調(diào)速，而且調(diào)速級差大，從而限制了它的使用范圍。適合于按2～3檔固定調(diào)速變化的場合，為了彌補有級調(diào)速的缺陷，有時與定子調(diào)壓調(diào)速或電磁離合器調(diào)速配合使用。電磁離合器調(diào)速電磁轉差離合器由主動部分電樞和從動部分感應子組成，其調(diào)速功能是通過調(diào)節(jié)感應子勵磁電流的大小，改變氣隙磁感應強度，從而改變感應子從動軸的電磁轉矩來實現(xiàn)調(diào)速。因此，在某一恒定轉矩下，勵磁電流發(fā)生變化時，轉速發(fā)生變化，調(diào)速范圍很小，切非線性嚴重，勵磁電流損失都轉化為熱耗，屬于低效調(diào)速方式，一般用于低壓電機、功率不大的場合。液力耦合器調(diào)速高壓電機領域中傳統(tǒng)的調(diào)速方式是采用液力耦合器，但這種調(diào)速方式能耗大、效率低。其原因是存在嚴重的耦合損失和轉差損失。耦合損失是由于液壓油內(nèi)摩擦造成的；轉差損失是由于調(diào)速時輸出軸和輸入軸存在轉差造成的，這種損失隨轉差的增加而上升，即效率η=1s，其中s為轉差率。這兩部分損失最終都變成熱損失，此外，這種調(diào)速方式還有如下缺點：① 受執(zhí)行機構和液壓機構限制，調(diào)速精度差，同時還存在嚴重非線性，只有在15%～85%間是調(diào)節(jié)線性區(qū)，即使在這區(qū)間，仍存在增速與減速逆差間隙，造成自動系統(tǒng)很難投入運行；② 運行不可靠，國內(nèi)已有多起由于液力耦合器葉片破損造成事故的先例，其主要原因是液力耦合器制造精度難以提高；③ 采用調(diào)速方式需要一整套油系統(tǒng)，維護工作量大。變頻調(diào)速變頻調(diào)速是通過改變電動機定子供電頻率來改變旋轉磁場同步轉速進行調(diào)速的，是無附加轉差損耗的高效調(diào)速方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)的關鍵裝置是頻率變換器，即變頻器，由它來提供變頻電源。變頻器可分為交—直—交（交流—直流—交流）變頻器和交—交（交流—交流）變頻器兩大類。變頻調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速效率高，啟動能耗低，調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)無級調(diào)速，動態(tài)響應速度快，調(diào)速精度很高，操作簡便，且易于實現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制自動化。轉子變頻調(diào)速與變頻調(diào)速相比具有以下優(yōu)勢：① 轉子變頻調(diào)速的控制在轉子側，轉子電壓較低，因此，不受三相電源電壓的限制，易于控制實現(xiàn)高壓電機的調(diào)速。而變頻調(diào)速，則需直接承受電源電壓，變頻調(diào)速裝置用于高壓電動機時，就需要增加變壓器，不但費用增大，效率也降低。② 轉子變頻調(diào)速的控制裝置容量，可以按需要的調(diào)速比，在小于電動機額定容量的范圍內(nèi)選擇，而變頻調(diào)速的控制裝置是與電機串聯(lián)的，必須等于或大于電動機的額定容量，因而前者更經(jīng)濟。③ 由于定轉子的隔離作用，轉子變頻調(diào)速對電網(wǎng)的諧波影響，遠遠小于變頻調(diào)速對電網(wǎng)的諧波影響。④ 轉子變頻調(diào)速裝置價格低廉，只有高壓變頻調(diào)速裝置的三分之一左右，對于風機和水泵這類調(diào)速范圍不是很寬的機械類設備，轉子變頻調(diào)速裝置優(yōu)勢尤為明顯。