交流异步电动机调速装置发展浅析

图1 串级调速

5）双馈调速 也是采用在转子回路引入附加电势的方法。不同的是，它将能量分别馈入电动机的定子绕组和转子绕组。定子绕组接入工频电源，转子绕组接到频率、幅值、相位和相序都可以调节的独立的交流变频电源上。根据变频电源频率控制方法不同，双馈调速分为自控式（图3）和他控式（图2）两种。

图2 他控式双馈调速

图3 自控式双馈调速

自控工作方式中，转子侧变频电源的频率是通过系统内的调节环节，根据电动机的运行状态（由位置检测器PS测出）自动控制的。该方式稳定性好，适用于轧钢机之类的冲击负荷。

他控方式中，由专门的频率给定装置独立地控制变频器的输出频率。通常由独立的频率可调的低频三相正弦信号发生器产生给定信号。每个控制信号的给定值，对应一个确定的转速。

改变转子绕组电源的频率、幅值和相位，就可以调节电动机的转矩、转速、和无功功率。双馈调速不仅可以在低于同步转速以下运转，还可以在高于同步转速以上运转，具有优良的调速性能，过载能力大、转动惯量小、效率要高于串级调速。它在很宽的调速范围内都可以得到电动转矩和制动转矩。其突出优点就是在保证调速要求的同时，还可以独立地调节电动机定子侧的无功功率，使调速系统具有很高的功率因数。其功率转换是采用交—交变频器，直接进行能量交换，所以效率很高，是比较完善的调速装置。适用于多种生产机械，发展前途非常广阔。国外在20世纪80年代投入运行，我国上个世纪90年代开始应用。但它也存在谐波电流大的问题。

6）斩波式内反馈调速这是我国独有的，近十几年才兴起的新方法。它也是通过引入附加电势改变转差率的方法。它在串级调速的基础上又有所突破，把着眼点放在调速主体——电动机上，在电动机定子槽中通过多层嵌套方式安装了反馈调节绕组（这等于把逆变变压器和电动机巧妙地结合在一起）。内反馈调速的实质在于将部分转子功率P_S（转差功率，见图4），通过调速装置反馈给电动机内部的调节绕组，反馈的功率越多，则轴输出功率的就越少，电机转速越低，即通过改变反馈的转差功率的多少使电动机转速得以连续调节。而调节绕组接受反馈功率则意味P1的减少，电能的节省。

图4 斩波式内反馈调速装置主电路原理图

图中：1KM、2KM、3KM—开关，L₁、L₂、L₃—电抗器，R—整流桥，

I—逆变桥，S—关断桥，S_c—斩波晶闸管，R_f—启动频敏电阻，C—电容，

D—逆阻二极管，F—保险，Load—电动机负载。

该方法是在常规串级调速的直流回路中，加入并联型直流斩波器。利用它对转子整流后的直流电流进行脉宽调制。控制斩波器的占空比就能调节直流侧的短路电流，从而间接地控制了反馈给调节绕组的转差功率，达到调速的目的。关断桥S的作用是关断斩波晶闸管S_c。逆阻二极管D、电感L₂和电容C起隔离缓冲作用。加入斩波器使逆变器的触发角（β）不用调节，且固定在很小的角度，这样既大大提高了功率因数，减少了谐波电流对电网的污染，提高了系统的可靠性，又使逆变器的容量小很多（逆变器的容量=0.148P₁）。因此，它具有结构简单、效率高、成本低、谐波幅值低的优点。但它只能在同步转速以下运行，而且不能利用原有的电动机，需购置专用的内反馈电动机（但却省掉了昂贵的逆变变压器）。在高电压、大容量的水泵、风机用绕线电动机调速中，显示出突出的优势。

2.2 改变极对数p的调速方法

通过改变定子绕组的接线来改变极对数，就改变了同步转速。它可以获得恒转矩调速特性和恒功率调速特性。这种方法效率高，操作筒单、成本低廉，机械特性硬。为得到好的调速精度与稳定性，常用速度反馈的控制方式。缺点是有级调速。它和调压调速结合起来形成“变极调压调速”。可以大大改善低速运行性能，扩大调速范围。

2.3 改变频率f的调速方法

变频调速是用变频电源改变电动机定子绕组的频率，从而改变同步转速来实现调速。这种方法具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。规格系列齐全，可以满足各种不同需求，因而被广泛采用，是最具发展前途的理想调速方法。它可分为两大类：

1）交－直－交变频调速电网中的交流电先被整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电。根据直流滤波方式不同，又分为电压型（电容器滤波）和电流型（电感滤波）两种。

2）交－交变频调速由于它只有一级功率变换，省去了直流环节，减少了损耗，进一步提高了效率。也因此结构复杂、额定工作频率较低，造价较高。但它能够