钦州学院
题目：交流串级调速系统
学 号：1005402105 专 业：过程控制自动化 学生姓名：刘文勤 任课教师：黄宜军
2012年11月29日
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交流串级调速系统
作者：刘文勤
AC Cascade governor system
摘要：串级调速对于风机、水泵类负载是一种性价比较高的调速方式。[1]传统的串级调速系统存在功率因数不高、需要逆变变压器等缺陷，应用受到一定限制．在内馈斩波串级调速系统中不需要使用逆变变压器，可使系统体积大大缩小，同时由于逆变器以最小逆变角运
[2]串级调速变流功率比变频小的多,使得装置简洁、行，能够大大提高功率因数。故障因素少、
可靠性可以更高。[3]
关键词：串级调速 内馈斩波 功率因数 逆变电源
Cascade speed fan and water pump type load is the governor of a higher cost. The traditional cascade speed control system power factor is not high, you need the inverter transformers defects, has limited application. Including feed-forward chopper cascade speed system, do not need to use the inverter transformer makes the system much smaller, while the inverter is running to the smallest inverter angle, can greatly improve the power factor. Cascade speed much smaller than the inverter power converter, makes the device simple, less failure factors, reliability can be higher.
Keyword: Cascade Speed Within the feed Chopper Power Factor Inverter power
引言
串级调速作为一种高效率的交流无级调速曾经盛行一时，随着近代变频调速的兴起，串级调速日渐萧条，被误认为是落后的调速技术。实际上，串级调速在效率、机械特性等本质方面，和变频调速几乎是完全一致的，而且高压串级调速的经济性明显优于变频调速，尤其在高压大容量风机泵类节能方面，串级调速的某些优势表现的更为明显。例如风机、水泵一般在运行中都要进行负荷调节，相应的流量也要跟踪调节，相对风机、水泵等调速范围不大（一般为50％～100％）、系统动态性能要求不高的场合，性价比较高的调速技术必定是串级调速技术。
1.串级调速的基本知识
1.1串级调速的基本原理
串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的，它属于变转差率来实现串级调速的。假定异步电动机的外加电源电压
UL及负载转矩KL都不变．则电动
机在调速前后转子电流近似保持不变。若在转子回路中引入一个频率与转子电势相同，而相位相同或相反的附电势
Eadd则转子电流为
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Ir?sEr0?EaddR?(sXr0)2r2?常数 （1—1）
式中：
Rr：转子回路电阻；
sXr0：转子旋转时转子绕组每相漏抗；
Er0：转子开路相电势 ；
电动机在正常运行时，转差率s很小，故
Rr≥sXr0。忽略sXr0有,
sEr0?Eadd=常数 （1—2）
上式中，
Kr0为取决于电动机的一个常数，所以，改变附加电势可以改变转差率
S，
从而实现调速。
图1-1异步电动机在转子附加电动势的原理图
Eadd= 0时电动机运行于额定转速，即n?nN,s?sN,由（式1-2）可见，当
EE附加电动势与转子相电势相位相反时add（前取负号），改变add的大小，可在额定
设当
转速以下调速，这种调度方式称为低同步串级调速，且附加电势与转子相电势相位相同时（
Eadd前取正号），改变Eadd的大小，可在额定转速以上调速，这种调度方式称为超
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同步串级调速（即s <0）。
1.2传统串级调速系统—— 晶闸管串级调速系统
晶闸管串级调速系统的主电路如图l-2所示，它主要由三相桥式二极管整流器UR、绕线式转子异步电动机M组成。其中，三相桥式晶闸管是由源逆变器uI，逆变变压器TI，平波电抗器Ld这几部分组成，系统的核心部分有源逆变器UI和转子整流器UR，逆变电压UB即为引入转子电路的反电动势。当电动机稳定运行、并忽略了直流回路的电阻时， 整流电 压Ud，与逆变电压UB大小相等、方向相反， 即Ud=U B；当串级调速系统运行时，逆变器
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始终处于逆变的工作状态，能将转子的能量反馈回电网，改变触发脉冲发出的时刻(逆变角 B)，即可以逆变电压UB，从而改变电动机的转速，达到调速的目的。
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图1—2 晶闸管串级调速系统的主电路
1.3现代串级调速
现代串级调速根据是将转差功率反馈回电网，还是电机定子绕组不同，可以分为外反馈和内反馈。外反馈串级调速是使用逆变变压器将转差功率吸收，并反馈回电网，其原理如图 1-5 所示。内反馈串级调速原理与外反馈式的原理是相同的，区别就是取消了逆变变压器，但是在电动机定子绕组线槽内加装了一个独立的三相调节绕组，这样在同一定子铁芯中的原定子绕组和该加装的三相调节绕组就代替了原来外接的逆变变压器，从而简化了系统的结构，其原理如图1-3所示。
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图1-3现代串级调速系统—内反馈式
1.4串级调速的优缺点
优点：○1由于串级调速系统的转差功率中的大部分被回馈给电网，所以串级调速系统具有较高的总效率，其具体原理课参照图1-5。
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图1-5串级调速系统功率关系原理图
○2串级调速系统还具备装置安全、可靠性高的优点。即便串级调速系统的逆变装置发生故障，异步电动机也能完全脱离串级调速装置转换到转子短接全速运行。
缺点：功率因数较低，无功损耗大，高速满载运转时，总功率因数在0．6左右，低速 时总功率因数更差；晶闸管串级调速时，会产生高次谐波，影响电网质量。
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2串级调速系统的起动方式
2.1直接起动方式
利用串级调速装置直接起动电动机，不再另接起动设备进行起动。起动时要串入最大的直流附加电势，因此将逆变角置为最小，然后逐渐增大逆变角，使串级调速系统升到所需的转速。
直接起动的缺点是所需的串级调速装置容量较大，直接起动适合于调速范围要求很大的负载。
2.2间接起动方式
利用外加的起动设备进行起动，当速度进入调速范围的速度下限时，再切除起动设备，
将转子电路与串级调速装置接通，对电动机进行调速范围之内的无级变速运行。 间接起动时一般在转子电路串入频敏变阻器或电阻器。间接起动主电路如图2-1所示。
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