新穎高效的交流電機調(diào)速裝置

摘要：重點介紹了內(nèi)反饋繞線式異步電動機調(diào)速裝置。該裝置是應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)控制內(nèi)反饋繞線式異步電動機的一種新穎調(diào)速系統(tǒng)，其經(jīng)濟效益和社會效益顯著。同時給出了2000kW大型繞線式異步電動機的調(diào)速裝置實例。

關(guān)鍵詞：電機調(diào)速；內(nèi)反饋；斬波；晶閘管

1 引言

隨著變流技術(shù)和電力電子器件的飛速發(fā)展，國內(nèi)近幾年（以北方公司為代表）悄然興起一種以繞線式異步電動機為控制對象的內(nèi)反饋交流調(diào)速系統(tǒng)。在一些領(lǐng)域，它成為傳統(tǒng)串級調(diào)速的換代產(chǎn)品，已在幾十家水廠和電廠運行，并獲得極大成功。大量的測試實驗報告表明，該系統(tǒng)節(jié)電效果顯著，有很高的經(jīng)濟效益；它啟動特性好、對電網(wǎng)污染小、效率高、運行控制可靠、成本低、投資回報率高。而進口的同等容量的其它調(diào)速設(shè)備價格昂貴，維護比較困難。因此，這種內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)便有了它極其廣闊的發(fā)展空間。

2 裝置性能

2.1 適用范圍

該系統(tǒng)最適用于水廠和電廠的高電壓、大容量繞線式異步電動機。同時也適用于恒轉(zhuǎn)矩類負載的繞線式電機，如提升、起重電機等。電機的容量為200～2000kW。

2.2 技術(shù)指標

調(diào)速范圍最高轉(zhuǎn)速/最低轉(zhuǎn)速=2，例如，4極電機可從750r/min～1480r/min連續(xù)調(diào)節(jié)，這在實際工程應(yīng)用中已經(jīng)滿足需要；

平均效率 90％（包括電機）；

最高節(jié)電 45％；

諧波分量 5％；

靜差率 1％（加閉環(huán)后）；

投資回收年限 2年。

3 內(nèi)反饋調(diào)速原理

內(nèi)反饋調(diào)速的實質(zhì)在于將部分轉(zhuǎn)子功率（稱為轉(zhuǎn)差功率）通過調(diào)速裝置和置于電機定子內(nèi)的第三繞組，亦稱調(diào)節(jié)繞組（調(diào)節(jié)繞組是通過多層嵌套方式安置在電機定子槽中的）反饋給電網(wǎng)。轉(zhuǎn)子通過調(diào)速裝置反饋給調(diào)節(jié)繞組的功率越多，則余下來轉(zhuǎn)化為軸功率輸出的就越少，電機轉(zhuǎn)速越低。反之，轉(zhuǎn)子反饋給調(diào)節(jié)繞組的功率越少，電機的軸功率輸出則越多，電機轉(zhuǎn)速越高。因而通過改變轉(zhuǎn)差功率使電機轉(zhuǎn)速得以連續(xù)調(diào)節(jié)。和傳統(tǒng)串級調(diào)速相比，省去了一個逆變變壓器，進一步實現(xiàn)了節(jié)能和節(jié)材。

如果從能量平衡的角度考慮，則更容易理解這一原理。圖1是忽略了損耗功率的理想狀態(tài)。Ps為轉(zhuǎn)差功率，Pe為定子功率，兩者之和P是電機額定功率。開始時，電機是以滿功率全速運行，如圖1（a）所示。在這種狀態(tài)下，從電網(wǎng)吸收的定子功率約等于軸輸出功率，轉(zhuǎn)差功率為零。進入調(diào)速狀態(tài)后，如圖1（b）所示。轉(zhuǎn)差功率Ps漸漸加大，由于調(diào)速裝置吸收的轉(zhuǎn)差功率通過調(diào)節(jié)繞組反饋給電網(wǎng)，因而定子功率Pe相應(yīng)減少，軸輸出功率也減少，轉(zhuǎn)速漸漸下降。反之，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)大時，轉(zhuǎn)差功率Ps減少，而定子功率Pe相應(yīng)增大，軸輸出功率增大，電機從電網(wǎng)中吸收的功率也相應(yīng)增大。當(dāng)轉(zhuǎn)差功率Ps減少到零時，電機又回到了全速運行狀態(tài)。

(a) 不 調(diào) 速 狀 態(tài)

(b) 調(diào) 速 狀 態(tài)

圖 1 內(nèi) 反 饋 調(diào) 速 的 能 量 原 理