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1、内反馈调速的比较优势 转子变频调速原理应用于风机、水泵类的高压电机，主要为三相异步电动机，包括鼠笼型和绕线型， 高效率的调速方式有两种，即定子侧变频和转子侧变频。定子侧变频也叫高压变频， 普遍应用鼠笼型电动机，虽然性能较好，但因为系统干脆接高压电网，所以技术困难、 体积浩大、牢靠性较低、价格昂贵，用户难以承受。转子侧变频调速也叫转子变频调速， 运用绕线型电动机，将变频调速根本原理应用于转子侧，因为转子侧运用低压，所以技 术困难度降低、体积大为缩小、牢靠性高、价格适中。1. 转子附加电动势实现转子变 频调速当在转子回路引入附加电动势Ef时，转子 电流因此转子回路引入附加电势可以调整转子电流，进而
2、调整电磁转矩大小，实现调速。2. 转子附加电动势的产生 转子变频调速系统中，附加电动势是由晶闸管有源逆变器和升压斩波器共 同产生的。晶闸管有源逆变器固定在最小逆变角，那么UD固定，通过调整斩波器的占空比D即可 调整转子附加电动势UDR的大小，其关系表示为： UDR1D UD又依据变流技术理论， 在忽视转子绕组压降条件下：由以上推导可见， 只要调整斩波器的占空比D即可调整电动机的 转速。内反应高频斩波调速原理内反应高频斩波调速 由于串级调速是通过调整逆变器的逆变角移相触发来实现对等效电势的调整的。这种移相触发的方法存在着功率因数低、谐波量大及牢靠性低的缺点。斩波调速系统，是在原串级调速的根底上，
3、增加了斩波环节。斩波调速把逆变角固定在最小值，附加电势调整那么由斩波器来完成。通过调整斩波器导通时间与斩波周期的比率即占空比或PWM调制脉宽，来变更串入转子回路的等效电势的大小，从而变更转子电流，到达调整电机转速的目的。将逆变器的限制角固定在较小的位置如250,这样可以使逆变器的功率因数到达0.92。当运用逆变变压器将转差功率回馈至电网时，为外反应式斩波调速。在电动机定子绕组中同槽嵌放一个反应绕组来代替逆变变压器，将转差功率通过反应绕组及电动机定子回馈致电网时，为内反应式串级调速。 当然，内反应斩波调速由于节约了逆变变压器，使得整个系统也更为紧凑、简洁、牢靠。制造斩波器的电力电子器件选用可控硅
4、SCR，一般工作频率为300600Hz。可控硅斩波属于其次代内反应调速装置。 由于可控硅SCR属于半控器件，自身不能关断，且工作频率低，现已经被IGBT器件替代。IGBT绝缘栅双极型晶体管，属于自关断器件，工作频率250010100Hz，有优良的工作特性。由IGBT器件构成斩波器的调速称为高频斩波调速装置，属于第三代内反应调速装置。 内反应高频斩波调速技术特点内反应高频斩波调速技术特点 具有良好的调速机械特性和节能特性。调速范围宽，无级，平滑。由于内反应调速只限制电机的转差功率，和变频调速相比，限制容量小对于风机泵类负载，总限制容量为电机额定容量的14.815%。系统较为简单满意牢靠性要求，特
5、殊是对大型电动机来说，造价和牢靠性就更具有优势 内反应调速装置自身功耗小，效率高。变频调速功耗一般约占电机额定功率的5%左右，而内反应调速装置由于限制容量小，其功耗在电机容量的1%以下。 由于内反应调速是在电机转子侧施加限制，和变频调速相比，其限制电压低、其电力电子器件承压低。备件充分。由于内反应调速运用绕线式电机，能够便利有效的限制电机起动电流。由于内反应调速只限制电机的转差功率，和变频调速相比，限制容量小。调速装置的外型尺寸很小，便于设备改造，占地小。现代电力电子技术和计算机限制技术与传统内反应调速理论相结合，使内反应调速技术得以更进一步的开展。如采纳直流回路斩波限制技术，与传统移相限制相
6、比，其谐波和功率因数等指标具有明显的优势。特殊是新型功率器件如IGBT等应用于斩波限制，使得系统性能指标进一步提高，系统也更为简洁牢靠。 采纳内反应式高频斩波调速系统时，由于反应绕组加装到电机内部，省去了逆变变压器及相关的电气设备，使得系统更为简洁牢靠。调速装置造价低，标准配备检修回路，可以实现自动或手动切换直至旁路运行。具有独立的软启动功能。内反应高频斩波调速 内反应高频斩波调速 由于串级调速是通过调整逆变器的逆变角移相触发来实现对等效电势的调整的。这种移相触发的方法存在着功率因数低、谐波量大及牢靠性低的缺点。斩波调速系统，是在原串级调速的根底上，增加了斩波环节。斩波调速把逆变角固定在最小值
7、，附加电势调整那么由斩波器来完成。通过调整斩波器导通时间与斩波周期的比率即占空比或PWM调制脉宽，来变更串入转子回路的等效电势的大小，从而变更转子电流，到达调整电机转速的目的。将逆变器的限制角固定在较小的位置如250,这样可以使逆变器的功率因数到达0.92。 图2-8 SCR斩波调速原理外反应式当运用逆变变压器将转差功率回馈至电网时，为外反应式斩波调速，其原理如图2-8所示。在电动机定子绕组中同槽嵌放一个反应绕组来代替逆变变压器，将转差功率通过反应绕组及电动机定子回馈致电网时，为内反应式串级调速，其原理如图2-9所示。当然，内反应斩波调速由于节约了逆变变压器，使得整个系统也更为紧凑、简洁、牢靠
8、。制造斩波器的电力电子器件选用可控硅SCR，一般工作频率为300600Hz。可控硅斩波属于其次代内反应调速装置。图2-9 SCR斩波调速原理内反应式由于可控硅SCR属于半控器件，自身不能关断，且工作频率低，现已经被IGBT器件替代。IGBT绝缘栅双极型晶体管，属于自关断器件，工作频率250010100Hz，有优良的工作特性。由IGBT器件构成斩波器的调速称为高频斩波调速装置，属于第三代内反应调速装置。其原理如图2-10、211所示。内反应串级调速内反应串级调速 串级调速是在转子回路中，通过串级调速限制装置及逆变变压器与电网连接，向转子回路供应一个由调速装置限制和调整的等效电势，同时，通过逆变变
9、压器将转子的转差功率回馈至电网。等效电势的调整是通过调整逆变器的逆变角移相触发来实现的。其原理如图2-6所示。当运用逆变变压器将转差功率回馈至电网时，为外反应式串级调速，其原理如图2-6所示。在电动机定子绕组中同槽嵌放一个反应绕组来代替逆变变压器，将转差功率通过反应绕组及电动机定子回馈致电网时，为内反应式串级调速，其原理如图2-7所示。由于内反应绕组代替了逆变变压器，同时也节约了相关的电气设备，使得整个系统更为紧凑、简洁。串级调速属于第一代内反应调速装置。图2-6串级调速原理外反应式 图2-7 串级调速原理内反应式串级调速的根本原理串级调速的根本原理 由于电机的电磁转矩： (2-2) 其中：
10、为转矩常数 为磁通 为转子电流 为转子功率因数 可见电机转矩与转子电流成正比。 转子电流为： (2-3) 其中： 为转子感应电势 为转子电阻 为转子电抗 s为转差率 当在转子回路引入附加电动势 时 (2-4) 此时，电机等效电路可表示为： 图2-4.转子串入等效电势时等效电路 其中： 为定子电压 为定子电阻 为定子电抗 为激磁电阻 为激磁电抗 为折算至定子侧的转子电阻 为折算至定子侧的转子电抗 s为转差率 当附加电势 与转子电势 反相时，电机调速过程如图2-5所示图2-5.转子串入等效电势时调速降速过程异步电动机调速的根本方法异步电动机调速的根本方法沟通异步电机以其构造简洁，运行牢靠，价格低廉
11、等优点，在电力拖动领域得到了广泛的应用，特殊是在大型电机拖动领域，应用更为广泛。为适应不同工作状况下对电机转速的不同需求，长期以来人们对异步电动机调速技术进展了广泛而深化的探究，特殊是随着新技术如大功率半导体器件及计算机技术的开展，异步电动机的调速性能正渐渐得到改善。目前应用比拟典型的调速方法主要有以下几种： 1 变级调速。 由于异步电动机的转速为： (2-1) 其中： n0为同步转速 s为转差率 f1为额定频率 p为电机极对数 由此可以看出，电机的转速与电机的极对数成p反比。因此，通过变更电机定子绕组的接线方式，或在定子槽内嵌放两套不同极对数的独立绕组，即变更电机极对数p，使电机运行在不同的
12、极对数下，便能得到不同的转速。这种调速方式原理简洁，但只能逐级调速，不能实现平滑连续调速，调速范围窄，且电机制造与接线变得困难了。其中两种典型的变极接线如图2-1所示。 图2-1.变极调速方法2 变频调速由式(2-1)可以看出，变更供电频率f1便可变更异步电动机的同步转速，从而变更电动机的转速。变频调速具有适用范围广、调速范围较大、有很好的调速平滑性与足够硬度的机械特性的特点，因此，得到了较为广泛的关注和应用。其典型原理如图2-2所示。图2-2.变频调速3 变转差调速由式(2-1)可以看出，变更转差率s便可变更异步电动机的同步转速，从而变更电动机的转速。变转差调速具有适用范围广、调速范围较大一
13、般为50101，有较好的调速平滑性与较高效率的特点，因此，得到了较为广泛的关注和应用。l 变更电源电压调速。通过变更定子绕组连接方式，或用电抗器与定子绕组串联，可变更定子绕组电压，进而变更电机的电磁转矩，从而变更电机的转速。这种调速方式，由于调速范围和应用范围很窄，一般很少应用于大型电机。l 转子串电阻调速。原理如图3-3所示。这种方法，原理简洁，运用便利，调速机械特性好，但由于转差功率被电阻损耗掉了，因此不属于高效调速方法，系统整体效率低。图2-3.转子串电阻调速原理 l 转子串附加电动势调速即串极调速。在转子回路中串入附加电动势，通过变更附加电动势的大小和相位，来到达变更电磁转矩和转速的目
14、的。液力耦合器调速与高频斩波调速的比拟企业的竞争表此时此刻质量、本钱等主要方面上，现代企业已摆脱老国企只管投资本钱、不管将来运行的理念. 现代企业综合考虑投资大小、运行修理本钱、装置的先进和牢靠程度、投资回收期等诸方面的因素。 按以上指导思想，一般设备选型应遵循以下几个原那么： A. 设备投资费用的比拟 ( 投资费用的比拟)； B. 节电效果的比拟运行费用的比拟； C. 其它方面的比拟；目前成熟的异步电机调速方式有电磁调速、液力偶合器调速、液态电阻调速、变极调速、变频调速和内馈斩波调速。从效率上来讲，变频调速、变极调速、内馈斩波调速属于高效调速最高效率达101，其余为低效调速即效率不高，损耗较大，液力偶合就是属于低效调速最高效率只有87。 液力偶合
