馬巖

摘 要：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近代均采用在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串聯(lián)晶閘管功率變換器完成回饋任務(wù)，這樣就構(gòu)成了由繞線式異步電動(dòng)機(jī)與晶閘管變流器共同組成的晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。其中低同步的晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，不僅具有良好的調(diào)速性能也能把轉(zhuǎn)差能量回饋電網(wǎng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性、技術(shù)上已經(jīng)成熟。

關(guān)鍵詞：引風(fēng)機(jī);串級(jí);調(diào)速系統(tǒng)

1 調(diào)速

1.1 交流、直流調(diào)速系統(tǒng)

1.1.1 交、直流調(diào)速的發(fā)展與現(xiàn)狀

交流調(diào)速技術(shù)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，還可帶來(lái)節(jié)約能源、減少維修費(fèi)用，節(jié)省占地面積等優(yōu)點(diǎn)，尤其在大容量或工作于惡劣環(huán)境時(shí)更為直流電機(jī)拖動(dòng)所不及。所以交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用有著廣闊的前景。

1.1.2 交流調(diào)速系統(tǒng)的類型

交流調(diào)速系統(tǒng)的類型由n=60f1/p（1-s）可知電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式分為變極調(diào)速、變頻調(diào)速和改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三大類。

1.2 國(guó)內(nèi)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展

我國(guó)串級(jí)調(diào)速的應(yīng)用主要有以下幾種類型：

a平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速型;

b恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速型;

c恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載起動(dòng)調(diào)速型。

1.3 研究的意義

在能源日益緊張、能源費(fèi)用高漲的今天，研究性能更優(yōu)越﹑節(jié)能效果更好的調(diào)速系統(tǒng)，符合國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。串級(jí)調(diào)速技術(shù)作為節(jié)約能源的一個(gè)重要手段，已在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。

對(duì)于風(fēng)機(jī)類負(fù)載的調(diào)速，合理的方案應(yīng)是繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速。在串級(jí)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子電路的功率為轉(zhuǎn)差功率。風(fēng)機(jī)類負(fù)載所需的調(diào)速范圍小，一般為30%左右，這樣電力電子裝置的功率僅為電機(jī)功率的30%或15%。

2 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的分類

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)直流附加電動(dòng)勢(shì)獲得的方法不同，有三種基本類型。

第一種，恒轉(zhuǎn)矩電機(jī)型串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)（電氣串級(jí)）。

第二種，恒功率電機(jī)型串級(jí)調(diào)速（機(jī)械串級(jí)）。

第三種，恒轉(zhuǎn)矩晶閘管串級(jí)調(diào)速（電氣串級(jí)）。

3 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的特性

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)可以將轉(zhuǎn)差功率利用起來(lái)，因此節(jié)能是最突出的優(yōu)點(diǎn)，而衡量系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要方面是系統(tǒng)的能量指標(biāo)。

4 主回路的設(shè)計(jì)

串級(jí)調(diào)速主回路設(shè)計(jì)，主要包括有源逆變器的選擇，逆變變壓器，濾波電抗器的計(jì)算和整流管，晶閘管的計(jì)算與選擇等。

有源逆變器是串級(jí)調(diào)速核心的組成部分，不同接線形式的有源逆變器將有不同的線路結(jié)構(gòu)和不同的控制方式，使串級(jí)調(diào)速具有不同的性能和不同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因此，選擇有源逆變器也是一項(xiàng)重要工作。

由于有源逆變器在相控?fù)Q流期間，電源相電壓波形出現(xiàn)缺口，使有源逆變器輸出的交流電流含有高次諧波，在選擇有源逆變器時(shí)，應(yīng)該根據(jù)串級(jí)調(diào)速的容量和對(duì)裝置提出的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求而盡可能選用諧波分量較小的接線形式，尤其應(yīng)盡力避免使用產(chǎn)生偶次諧波的接線形式。

高次諧波電流的次數(shù)和幅值主要由有源逆變器電路的脈波數(shù)p決定，其中電流諧波的次數(shù)為n=（γp±1）（γ=1，2，3，···）;諧波電流的幅值當(dāng)逆變角β和重疊角γr均為零時(shí)與基波電流的幅值成正比，與諧波次數(shù)成反比。12以下脈波數(shù)的變流器（整流器，有源逆變器）的諧波次數(shù)如表4-1所示。不同脈波數(shù)時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流各次諧波有效值與基波電流有效值不同。

表4-1 變流器網(wǎng)側(cè)（變壓器一次側(cè)）電流諧波次數(shù)

[脈 波 數(shù) p＼&可能產(chǎn)生的諧波次數(shù)諧波n＼&3

6

12＼& 2，4，5，7，8，10，11，13，14，16，17，19，…………

5，7，11，13，17，19，23，………

11，13，23，25，35，37，…………＼&]

由上述可知，脈波數(shù)為3的逆變器具有很豐富的高次諧波電流，特別含有偶次諧波，其中2次諧波占50%，功率因數(shù)也低，因此，對(duì)于各種三相半波接線形的有源逆變器，它們雖然各有優(yōu)缺點(diǎn)，但要慎用，尤其有逆變變壓器的三相零式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)逆變變壓器的三相零式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)盡量不用。

5 工作過(guò)程分析

由于調(diào)速范圍小且負(fù)載變化不大的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)可以采用開(kāi)環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于調(diào)速范圍大，調(diào)速要求精度高的生產(chǎn)設(shè)備，宜采用雙閉環(huán)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與雙閉環(huán)不可逆晶閘管直流調(diào)速基本相同。

因此晶閘管直流調(diào)速的工程計(jì)算方法基本上適用于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，但要注意兩個(gè)問(wèn)題：

①串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)逆變變壓器的容量，轉(zhuǎn)子整流和逆變器硅元件的耐壓等級(jí)與調(diào)速范圍D有關(guān)。

②電流環(huán)是一個(gè)非定常環(huán)節(jié)，但是以S=Smax時(shí)的KLnTLn值，按定常系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以保證系統(tǒng)具有良好的性能，因此電流環(huán)可校正成典Ⅰ型或典型Ⅱ型，速度環(huán)一定按典型Ⅱ設(shè)計(jì)。

要保證串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，必須有嚴(yán)格的啟動(dòng)和切換順序、正確的停車順序和完善的保護(hù)措施。

6 對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐表明，異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速有以下優(yōu)點(diǎn)：

①調(diào)速裝置總效率高，約為90%。

②串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中變流裝置的容量小。

③能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。

④安全、可靠性高。

⑤能提高調(diào)速系統(tǒng)的效率。

綜合上述優(yōu)點(diǎn)，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)節(jié)約能源，會(huì)創(chuàng)造超過(guò)30%的剩余價(jià)值。因此，目前串級(jí)調(diào)速裝置已在水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械上得到廣泛的應(yīng)用。

7 結(jié)論

采用串級(jí)調(diào)速，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益，會(huì)給企業(yè)節(jié)約更多的能源。它能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，當(dāng)采用雙閉環(huán)控制時(shí)，具有與直流相當(dāng)?shù)母哒{(diào)速精度。本設(shè)計(jì)當(dāng)中采用串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為了減小較大的超調(diào)量，應(yīng)該增大給定濾波器的時(shí)間常數(shù)。還具有風(fēng)量連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，節(jié)能和可靠性高，容量小，投資少等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采用串級(jí)調(diào)速有著重要的現(xiàn)實(shí)意義！