交流调速的功率控制原理
出处：论文网
时间：2006-09-07
3.1 定子电磁功率控制--变频调速的原理
从功率控制角度观察，变频调速是典型的定子电磁功率控制调速。由于转子电磁功率是由定子传输的，且定、转子电磁功率相等，因此控制定子电磁功率就可间接地控制转子电磁功率。定子电磁功率转矩平衡方程式约束，不能作为控制量。但单纯调压并不能实现定子电磁功率控制，因U1不但影响电磁功率，还作用于磁场。为了解决上述问题，应根据式(9)，在调压的同时正比地改变频率f1，使主磁通Φm保持不变。从而实现高效率的电磁功率控制调速。变频调速时，理想空载转速按n0随U1改变，此时同步转速n1 随f1而变，且有n0=n1，但决定电动机转速的是n0而不是n1，下面将会看到，即使n1不变，n0也可随电磁功率改变，可见n0与n1没有直接、必然的联系。变频调速的功率控制原理如图3所示。可见恒转矩变频调速时，其充分条件是调压，必要条件是变频，调速的实质在于电磁功率控制。3.2 转子电磁功率控制调速
对于绕线式异步机调速，可以对转子直接进行电磁功率控制。方法是从转子口移出或注入电功率，以改变转子的净电磁功率。与定子电磁功率控制调速(即调压变频调速)相比，两者并无原理的区别。 对于图2(b)的模型，在转子口引入附加电磁功率时，转子的净电磁功率 (13)
式中: Pem1为定子传输给转子的电磁功率
Pes为附加电磁功率，亦称电转差功率
Pem2将随Pes 的方向和大小而改变。注意不要把Pes 简单理解成转差功率Ps ，应该把Ps 中的电磁功率和损耗功率区别开来，对调速的影响也不同,Pes将改变异步机的理想空载转速。
式(13)中的-Pes 表示移出，而+ Pes表示注入，前者使转子的净电磁功率减小，后者则使其增大，异步机的理想空载转速 (14)
可见，-Pes控制得到的是低同步调速，而+Pes则是超同步调速。
转子电磁功率控制调速的技术关键为:
l 由于转子电压的频率为变化的转差频率，因此必须要进行频率变换，以使转子和附加电源进行有功功率交换。
l 能够连续地控制Pes 的大小，以获得平滑的无级调速。
l 尽量避免产生感性无功功率以提高功率因数，减小无功损耗。
上述的技术关键是设计调速控制装置应该注意的。转子电磁功率控制的系统构成要点是附加电源，它是Pes 传输所必须的。传统的方法是外置，例如串级(cascade control)、双馈double Feed)等调速。外置电源将使系统复杂化，而且在低同步调速时造成 Pes从定子至外置电源之间的无谓循环，增大了定子损耗。
较好的方法,是我国首创的斩波内馈调速。如图4示:该系统突出特征是将附加电源设置在异步机自身的定子上，附加电势由电磁感应产生 ，在典型的低同步调速时， 由转子引出，经交流控制装置传给定子附加的内馈绕组(以前亦称调节绕组)。内馈绕组处于发电状态，通过电磁感应抵消定子原边输入的多余电功率。斩波控制,则是用以调节 Pes的大小实现转速的无级调节，克服有源逆变器移相控制所带来的功率因数低、谐波分量大等一系列缺点。
4 结论
(1) 异步机调速的实质在于功率控制，控制原则有电磁功率控制和损耗功率控制，前者改变的是理想空载转速，后者增大转速降。
(2) 动态转矩是功率激励和转速响应的结果，并随转速响应自动减小，直至新的转矩平衡后为零，稳态电磁转矩只能服从客观负载转矩，调速的实质并非转矩控制。
(3) 调速效率和特性只决定于功率控制属性。转子电磁功率控制的调速与变频调压调速只有控制对象的不同，没有本质区别。
参考文献
[1] 汤蕴缪.电机学—机电能量转换[M]机械工业出版社,1986.63-183
[2] (日)上山直彦编 吴铁坚译.现代交流调速[M]. 水利电力出版社,1989.1-55
[3] 佟纯厚.近代交流调速[M].冶金工业出版社,1985.5-125
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