高頻斬波式串級調速系統分析

　　1 引言

　　串級調速是一種經典的高效節能調速方案，而高頻斬波串級調速系統是在傳統串級調速理論基礎上，應用現代電機技術、電力電子技術和計算機控制技術的先進成果而產生的新一代高效調速技術。該技術以控制轉子低電壓回路進而控制高壓電機，以變流轉差功率進而控制大功率電機，并以高頻斬波器實現PWM脈寬調制替代傳統串級調速系統的逆變角調節，具有控制容量小、控制電壓低，調速性能優良和節能效率高、諧波功率小，裝置尺寸小，運行條件寬松等優點，在高壓大容量電機節能調速上具有突出的優勢。

　　在實際工程設計中，常需進行計算機仿真研究，以獲得指導性結論或對工程計算參數進行驗證。在仿真技術中，常采用的數學模型形式有：傳遞函數、開關函數或狀態方程等。而三相交流異步電機和調速裝置中的電力電子器件都是高度非線性系統，用解析方法難以得到詳盡的描述。

　　為此，在MATLAB/Simulink環境下利用SimPowerSystem工具箱進行交流電機調速系統的建模和仿真研究。并且采用封裝技術將仿真模型按實際系統的組成結構建立子系統，整個仿真模型結構清晰，而且仿真試驗結果表明，該模型能反映實際系統的特性，可信度很高。

　　2 斬波串級調速系統的工作原理

　　2.1 系統構成

　　交流調速系統如圖1所示，主要由三部分構成：繞線式異步電動機、啟動環節和串級調速控制裝置。

　　交流電機采用三相繞線式異步電動機。

　　啟動環節由頻敏變阻器PF 和接觸器1KM 、2KM 、3KM 構成，加設了自動切換的接觸器，能減小起動電流，使大型電機平穩起動。

　　串級調速控制裝置由三相全波整流橋、IGBT 高頻斬波器、三相全橋有源逆變器和平波電抗器、隔離二極管、緩沖電容器等構成，實現優良的無級調速特性，有效地抑制了諧波對電網的污染，取得更高的節能效果。

　　2.2 工作原理

　　串級調速系統的基本原理是在轉子側串入附加反向電動勢Ef ，通過改變附加電動勢的大小來改變轉子電流I2 ，從而改變電磁轉矩達到改變轉速的目的。

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