基于双IGBT的斩波式串级调速系统的研究

　　1 引言

　　目前工业生产中普遍采用的PWM变频调速属于精型调速。而对风机、泵类负载采用变频调速，其逆变器功率为全功率。若采用串级调速方法，则其逆变器功率仅仅为全功率的1/2～l/3。串级调速系统还具有装置安全、可靠性高的优点。即使串级调速逆变装置万一出现故障，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。但传统串级调速方法存在一个突出的缺点，就是系统功率因数较低，高速满载运转时总功率因数约0.6，低速时总功率因数更差。从节约能源的角度考虑，需要寻找方法提高串级调速系统的功率因数，改善其效率。

　　2 异步电动机串级调速系统原理

　　异步电动机串级调速系统是在绕线式异步电动机的转子回路中串入一个与转子回路频率相同的交流附加电势，如图1所示。通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。

　　异步电动机串级调速系统如何通过改变Ef相位调节电机转速。假定电动机拖动恒转矩负载，转子每相电流，2为：

　　电动机产生的转矩M=CMφI2cosψ2，I2值的减小使电动机转矩亦相应减小，电动机转矩值小于负载转矩值的状态，稳定运转条件被破坏，迫使电动机降速。随着转速的降低，s的值增大，转子电流I2回升，转矩M亦相应回升，直到电动机转矩与负载转矩相等时，减速过程结束，电动机就在此转速下稳定运转，即串入与E2相位相反的附加电势Ef幅值愈大，电动机的稳定转速就愈低。反之亦然。

　　3 异步电动机串级调速系统功率因数分析

　　串级调速装置的容量与调速范围成正比，当要求的调速范围不宽时，装置的容量较小，可降低费用。但传统的晶闸管串级调速系统存在突出的缺点：功率因数低、无功损耗大。其原因有以下几方面：

　　(1)串级调速系统中的逆变变压器需要由电网吸收无功功率QB，这是造成总功率因数低的主要原因。

　　串级调速系统总的功率因数为：

　　串级调速系统从电网吸收的总有功功率为P=P1一PB，而从电网吸收的总无功功率为Q=Q1+QB，使得串级调速系统总功率因数较低。

　　(2)串级调速系统中转子整流电路存在严重的换流重叠现象，引起电动机转子电流落后于转子电压相位μ/2，使电动机本身运转的功率因数变差，即cosψD=cosψcos(μ/2)

　　(3)串级调速系统中电动机和逆变变压器的电流波形发生畸变，其电流的高次谐波分量引起无功的畸变功率，使串级调速系统的总功率因数亦变坏。提高功率因数的关键是如何减少从电网中吸收的无功功率。

　　4 几种改进串级调速方案分析