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，但因为系统直接接高压电网，所以技术复杂、体积庞大、可靠性较低、价格昂贵，用户难以接受。转 子侧变频调速也叫转子变频调速，使用绕线型电动机，将变频调速基本原理应用于转子侧，因为转子侧使 用低压，所以技术复杂度降低、体积大为缩小、可靠性高、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节转子电流，进而调节电磁转矩大小，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，则UD固足，通过调节斩波器的占空比D即可调节转 子附加电动势UDR的大小，其关系表示为UDR （1D） UD又根据变流技术理论，在忽略转子绕组压 降条件下由以上推导可见，只要调节斩波器的占空比D即可调节电动机的转速。 内反馈高频斩波调速原理 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节的。这种移相触发的 方法存在着功率因数低、谐波量大及可靠性低的缺点。斩波调速系统，是在原串级调速的基础上，增加了 斩波环节。斩波调速把逆变角固足在最小值，附加电势调节则由斩波器来完成。通过调节斩波器导通时间 与斩波周期的比率（即占空比或PWM调制脉宽），来改变串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转 子电流，达到调节电机转速的目的。将逆变器的控制角固定在较小的位置（如25），这样可以使逆变器的 功率因数达到0.92。当使用逆变变压器将转差功率回馈至电网时，为外反馈式斩波调速。在电动机定子绕 组中同槽嵌放一个反馈绕组来代替逆变变压器，将转差功率通过反馈绕组及电动机定子回馈致电网时，为 内反馈式串级调速。 当然，内反馈斩波调速由于节省了逆变变压器，使得整个系统也更为紧凑、简单、可靠。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。可控硅斩波属于第二代内反馈调速 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2500 10000Hz,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，属于第三代内反馈调速装置。 内反馈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。 由于内反馈调速只控制电机的转差功率，和变频调速相比，控制容量小（对于风机泵类负载，总控制容量 为电机额定容量的14.815）。系统较为容易满足可靠性要求，特别是对大型电动机来说，造价和可靠 性就更具有优势 内反馈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，而内反馈调速装 置由于控制容量小，其功耗在电机容量的1以下。 由于内反馈调速是在电机转子侧施加控制，和变频调速相比，其控制电压低、其电力电子器件承压低。备 件充分。 由于内反馈调速使用绕线式电机，能够方便有效的控制电机起动电流。 由于内反馈调速只控制电机的转差功率，和变频调速相比，控制容量小。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控制技术与传统内反馈调速理论相结合，使内反馈调速技术得以更进-步的发 展。如采用直流回路斩波控制技术，与传统移相控制相比，其谐波和功率因数等指标具有明显的优势。特 别是新型功率器件（如IGBT等）应用于斩波控制，使得系统性能指标进一步提高，系统也更为简单可靠。 采用内反馈式高频斩波调速系统时，由于反馈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, 使得系统更为简单可靠。 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。 内反馈高频斩波调速 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节的。这种移相触发的方法 存在着功率因数低、谐波量大及可靠性低的缺点。斩波调速系统，是在原串级调速的基础上，增加了斩波 环节。斩波调速把逆变角固定在最小值，附加电势调节则由斩波器来完成。通过调节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），来改变串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转子电 流，达到调节电机转速的目的。将逆变器的控制角固定在较小的位置（如25），这样可以使逆变器的功率 因数达到0.92。 图2-8 SCR斩波调速原理（外反馈式） 当使用逆变变压器将转差功率回馈至电网时，为外反馈式斩波调速，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馈绕组来代替逆变变压器，将转差功率通过反馈绕组及电动机定子回 馈致电网时，为内反馈式串级调速，其原理如图2-9所示。 当然，内反馈斩波调速由于节省了逆变变压器，使得整个系统也更为紧凑、简单、可靠。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。可控硅斩波属于第二代内反馈调速装置。 图2-9 SCR斩波调速原理（内反馈式） 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2500-1 OOOOHz,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，属于第三代内反馈调速装置。其原理如图2-10、2-11所示。 内反馈串级调速 串级调速是在转子回路中，通过串级调速控制装置及逆变变压器与电网连接，向转子回路提供一个由调速 装置控制和调节的等效电势，同时，通过逆变变压器将转子的转差功率回馈至电网。等效电势的调节是通 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。 当使用逆变变压器将转差功率回馈至电网时，为外反馈式串级调速，其原理如图2-6所示。 在电动机足子绕组中同槽嵌放一个反馈绕组来代替逆变变压器，将转差功率通过反馈绕组及电动机足子回 馈致电网时，为内反馈式串级调速，其原理如图2-7所示。 由于内反馈绕组代替了逆变变压器，同时也节省了相关的电气设备，使得整个系统更为紧凑、简单。串级 调速属于第一代内反馈调速装置。 图2-6串级调速原理（外反馈式） 图2-7串级调速原理（内反馈式） 串级调速的基本原理 由于电机的电磁转矩（2-2） 其中为转矩常数 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 为折算至足子侧的转子电阻 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