新穎高效的交流電機調速裝置

摘要：重點介紹了內反饋繞線式異步電動機調速裝置。該裝置是應用現代電力電子技術控制內反饋繞線式異步電動機的一種新穎調速系統，其經濟效益和社會效益顯著。同時給出了2000kW大型繞線式異步電動機的調速裝置實例。

關鍵詞：電機調速；內反饋；斬波；晶閘管

1 引言

隨著變流技術和電力電子器件的飛速發展，國內近幾年（以北方公司為代表）悄然興起一種以繞線式異步電動機為控制對象的內反饋交流調速系統。在一些領域，它成為傳統串級調速的換代產品，已在幾十家水廠和電廠運行，并獲得極大成功。大量的測試實驗報告表明，該系統節電效果顯著，有很高的經濟效益；它啟動特性好、對電網污染小、效率高、運行控制可靠、成本低、投資回報率高。而進口的同等容量的其它調速設備價格昂貴，維護比較困難。因此，這種內反饋調速系統便有了它極其廣闊的發展空間。

2 裝置性能

2.1 適用范圍

該系統最適用于水廠和電廠的高電壓、大容量繞線式異步電動機。同時也適用于恒轉矩類負載的繞線式電機，如提升、起重電機等。電機的容量為200～2000kW。

2.2 技術指標

調速范圍最高轉速/最低轉速=2，例如，4極電機可從750r/min～1480r/min連續調節，這在實際工程應用中已經滿足需要；

平均效率 90％（包括電機）；

最高節電 45％；

諧波分量 5％；

靜差率 1％（加閉環后）；

投資回收年限 2年。

3 內反饋調速原理

內反饋調速的實質在于將部分轉子功率（稱為轉差功率）通過調速裝置和置于電機定子內的第三繞組，亦稱調節繞組（調節繞組是通過多層嵌套方式安置在電機定子槽中的）反饋給電網。轉子通過調速裝置反饋給調節繞組的功率越多，則余下來轉化為軸功率輸出的就越少，電機轉速越低。反之，轉子反饋給調節繞組的功率越少，電機的軸功率輸出則越多，電機轉速越高。因而通過改變轉差功率使電機轉速得以連續調節。和傳統串級調速相比，省去了一個逆變變壓器，進一步實現了節能和節材。

如果從能量平衡的角度考慮，則更容易理解這一原理。圖1是忽略了損耗功率的理想狀態。Ps為轉差功率，Pe為定子功率，兩者之和P是電機額定功率。開始時，電機是以滿功率全速運行，如圖1（a）所示。在這種狀態下，從電網吸收的定子功率約等于軸輸出功率，轉差功率為零。進入調速狀態后，如圖1（b）所示。轉差功率Ps漸漸加大，由于調速裝置吸收的轉差功率通過調節繞組反饋給電網，因而定子功率Pe相應減少，軸輸出功率也減少，轉速漸漸下降。反之，當轉數調大時，轉差功率Ps減少，而定子功率Pe相應增大，軸輸出功率增大，電機從電網中吸收的功率也相應增大。當轉差功率Ps減少到零時，電機又回到了全速運行狀態。

(a) 不 調 速 狀 態

(b) 調 速 狀 態

圖 1 內 反 饋 調 速 的 能 量 原 理