图2-1 间接起动主电路原理图
3.串级调速国内外的发展现状
串级调速理论早在20 世纪30 年代就已被提出，到了60~70 年代，当可控电力电子器件出现以后，这一理论才得到更好的应用。20 世纪 60 年代以来，由于高压大电流晶闸管的出现，串级调速系统获得了空前的发展。60 年代中期，W.Shepherd和J.Stanway两人就提出了一种将绕线转子电动机的转差功率进行整流，然后经过晶闸管逆变器将整流后的转差功率逆变为电网频率的交流功率，并将其反馈到电动机的定子辅助绕组中的晶闸管串级 方案，称为“定子反馈”方案，而把通过变压器（逆变变压器）将转差功率反馈到电网（常规的晶闸管串级）称为“电网反馈”方案。在“定子反馈”方案中，辅助绕组与定子绕组电 气上绝缘，通过磁耦合，即电磁感应，将转差功率经过定子绕组反馈到电网，这就是我们国家所说的“内馈”串调。
60 年代末期，我国的一些单位开始进行晶闸管串级调速的试验，70 年代后期，西安整流器厂首先推出了系列产品，以后其它厂家也相继推出了系列产品。1984 年，当时的机械工业部发布了串级调速装置的电工专业标准，1990 年国家技术监督局批准了半导体变流串级调速装置的国标（GB1266—90），规范了这类装置的设计、试验要求。随着电力电子技术和控制策略的发展，新的拓扑结构和方法被不断提出，到目前为止有多家生产高压大功率内馈串级调速系统的公司。
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4.串级调速存在的问题
串级调速在实践中取得过较大的成功同时，也暴露出很多问题和缺点，总之，串级调速存在的问题可以归结为两个方面，一个是回馈方案问题，另一个是变流控制问题。移相控制作为传统串级调速的交流控制方法存在着上述问题。斩波内馈调速是我国首创的新型交流调速技术,在原理和技术方面取得了长足的发展和进步,较好地解决了串级调速存在的问题和缺点。4.1 回馈方案问题
在串级调速系统中，电转差功率以电能的形式由定子从电网中吸收进来，又以同样的能量形式反馈电网，显然是一种无谓的功率循环。这种无谓循环的结果，一方面是增大了损耗降低效率。另外更为不利的是加重了定子的负担。在串级调速系统中，电机定子绕组的功率为
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当机械功率随转速降低而减小时，电转差功率却相应增大，定子有功电流只与负载相关，不随转速而变，于是导致低速时定子严重发热，甚至不能正常运行，因此，尽管串级调速具有恒转矩调速特性，但却很少在恒转矩负载上应用，使串级调速的使用范围受到限制。
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4.2交流控制问题
图3-1描述了风机负载随着占空比下调，转速降低，有功与无功的变化趋势。从图中可以知道，当转速下降时，系统的无功功率也在下降，这主要是因为转速降低引起转矩下降，造成负载电流减小，无功成分也减少，但因为双侧的无功是相加的，当速度下调时，逆变侧电流随占空比D减少而增加，所以无功的变化相对于有功功率要小得多。
图3-1 系统有功、无功功率变化趋势图
随着电机转速的下降，负载转矩下降，电机本身消耗的有功功率也下降，而电机消耗的无功功率大部分用来激磁，尽管无功功率相对于有功分量有所减少，但降低的程度非常有限，这也是水泵、风机类负载低速时功率因数低的缘故。实际上，当在速度下降时，定子与逆变侧电流畸变程度也在加剧，高次谐波产生的无功功率增大，同样使系统功率因数变坏。
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4.3电流振荡问题
电厂的锅炉吸风机上的异步电动机可控硅申级调速装置在平滑调速过程中, 当转差率
接近l / 3 时, 定子电流发生振荡现象。可控硅申级调速的逆变器把调速主回路的直流电逆变成交流侧的三相方块波形, 产生相当幅值的许多谐波通过逆变变压器与反恢功率一起输送到电网, 干扰电讯设备。
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4.4可靠性问题
移相控制另外的主要缺点是可靠性较差。与可控整流电路不同，有源逆变器对换向的要求是非常严格的，任何换向失误，都将导致逆变颠覆也就是严重短路的后果。
5针对串级调速系统存在问题的解决方案
5.1针对电网回馈问题
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对于风机水泵类负载，电流正比于转速的平方即，这个问题表现不是很突出，因此串级调速多应用于风机水泵调速。
5.2针对功率因素问题
1在三相交流进线上接入功率补偿电容器。 ○
表1列出了加入补偿电容后，系统仿真得到的功率因数。可以看出，由于在整个调速过程中无功功率变化不大，用电容器对其进行无功补偿后，系统在全程调速过程中功率因数都得到了明显提高。
表1 不同占空比下加补偿电容后得到的仿真结果
2采用高功率因数的串级调速系统：具体方式有斩波式串级调速系统和GTO串级调速系○统。
GTO称为可关断晶闸管，与普通晶闸管不同之处是该器件具有自关断能力，GTO串级调速系统，与晶闸管串级调速系统主电路基本相同，也是转子整流器接有源逆变器，但使用GTO的逆变器可以通过控制GTO的开通关断时刻，使逆变电路产生超前于电网电压的电流，从而使串级调速系统的逆变侧呈现电容性，提高总功率因数。
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5．3针对可靠性问题提出的解决方法
由于串级调速是在电机转子回路施加控制和调节，避免了在定子侧施加控制（如变频调速）因高电压，大功率引起的系统复杂、控制和器件裕量选择困难等问题，从而使得系统可靠性容易得到保证。
6.串级系统未来的发展趋势
现在应用的串级调速系统大多采用的开环控制方式，对于那些要求调速精度高，抗扰性能好，特别是对提升机械或轧制机械等冲击负载的调速系统而言，这样的控制方式显然是达
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不到转速稳定性要求的，因此引入现代斩波串级调速系统双闭环控制方法是很有必要的，对现代串级调速双闭环控制系统进行的仿真和基于 AVR 单片机的双闭环数字控制系统的软、硬件实施都将是未来发展的方向以及趋势。
斩波式串级调速完全可以满足负载的驱动要求,并可大幅度提高整个系统的效率, 达到节能的目的。斩波式串级调速系统虽然比传统的串级调速系统多了一个斩波器环节, 但前者的逆变器容量较后者小, 所节约的成本足以抵偿斩波器的成本。这也是斩波串级调速系统的另一个突出优点，也是今后需要发展的方向之一。
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串级调速系统想要得到推广，还必须使用可靠的元器件，如触发器的抗扰性、可控硅耐性、过载能力的提高或者保护元件的性能提高，否则难以得到推广，因为可控硅串级系统装置总是处于有源逆变状态者成了在可控硅应用方面的一个难题，所以今后的发展将会朝着这个方向努力。
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7.结语
尽管我国在新材料领域的研究、开发应用方面已取得长足进步，但与发达国家相比，我国新材料产业的发展还存在较大差距，研究水平普遍不高，整体工业水平落后。
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随着串级调速技术的不断发展其应用领域也不断的扩大。相对于变频调速系统，串级调速系
统具有变流电压低、变流功率小的特点，因而具备系统可靠性高、节电率高、占地面积少
，
运
行
维
护
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成本低等优点。
参考文献
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