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串级调速存在问题、缺点

2022/07/13126 作者:佚名
导读:必须承认,串级调速在实践中取得过较大的成功,但也暴露出很多问题和缺点。为了使串级调速得以发展,除了在理论上给予正名之外,重点还应分析出问题和缺点的原因,进而采取有效的改进措施。串级调速存在的问题可以归结为两个方面,一个是回馈方案问题,另一个是变流控制问题。 串级调速回馈方案问题 1) 电转差功率的无谓循环。这是较为突出的问题。在串级调速系统中,电转差功率以电能的形式由定子从电网中吸收进来,又以同样

必须承认,串级调速在实践中取得过较大的成功,但也暴露出很多问题和缺点。为了使串级调速得以发展,除了在理论上给予正名之外,重点还应分析出问题和缺点的原因,进而采取有效的改进措施。串级调速存在的问题可以归结为两个方面,一个是回馈方案问题,另一个是变流控制问题。

串级调速回馈方案问题

1) 电转差功率的无谓循环。这是较为突出的问题。在串级调速系统中,电转差功率以电能的形式由定子从电网中吸收进来,又以同样的能量形式反馈电网,显然是一种无谓的功率循环。这种无谓循环的结果,一方面是增大了损耗降低效率。另外更为不利的是加重了定子的负担。在串级调速系统中,电机定子绕组的功率为(25)。当机械功率随转速降低而减小时,电转差功率却相应增大,特别是恒转矩负载时,定子有功电流只与负载相关,不随转速而变,于是导致低速时定子严重发热,甚至不能正常运行,因此,尽管串级调速具有恒转矩调速特性,但却很少在恒转矩负载上应用,使串级调速的使用范围受到限制。对于风机水泵类负载,电流正比于转速的平方即 ,这个问题表现不是很突出,因此串级调速多应用于风机水泵调速。

2) 外附变压器。逆变变压器是串级调速不可或缺的设备,作用是产生与转子电势相匹配的附加电势。逆变变压器的存在,使系统的体积增大,成本提高,同时也产生损耗。表面上回馈方案的缺点产生于“串级”,实质问题是电机调速的内因不足,自身不能为调速提供附加电势,因此必须依靠外附的设备和电源,结果使电机的能量保守性被破坏,造成电转差功率的外泄,同时又使系统复杂化。

串级调速变流控制问题

与回馈方案问题相比,变流控制问题更为突出,其中,主要集中表现有源逆变器环节上。

1) 功率因数问题。受技术条件限制,当时串级调速的变流控制多采用图3的移相控制主电路。该电路由整流器和有源逆变器两大部分构成,电抗器是为了电流连续所必需的。

根据功率控制原理,装置的任务有二:一是频率变换。由于转子电压的频率是变化的, ,而逆变交流电源的频率恒为工频,不同频率的电源无法实现有功功率交换,因此,要把转子的频率随转速而变的电转差功率馈入工频的电网,必须进行频率变换,使之统一;二是回馈功率控制。转速随从转子转移出的功率即回馈功率而变,回馈功率越大,转速越低,反之转速越高。为了实现无级调速,必须对回馈功率的大小连续的控制。电路的频率统一是通过“交-直-交”变换完成的,性能良好,问题出在电转差功率控制上。忽略变流控制的损耗,转子的电转差功率和回馈功率相等,从有源逆变器的交流输出端观察,结合变流技术理论,回馈基波功率为(26)。式中的UK和IK分别为逆变变压器副边的相电压和电流, 为控制角,即UK、IK之间的相角, 为逆变角,且有 。为简化分析,忽略了波形畸变的影响。

分析发现,要改变图3电路的 大小,式中除了功率因数角 之外都不可调,理由是: 取决于变压器副边线圈匝数,一经制造完成不可改变;逆变电流 就是转子电流 ,而转子电流取决于负载,无法改变;至于相数 自然也是确定的常量,于是电转差功率就只有通过改变逆变角 调节,故称移相控制。实际上,移相控制是人为地改变电流与电压的相角度,受晶闸管自然换向的限制,电流总是滞后电压的,因此,移相触发在调节有功功率的同时,必然产生相应的感性无功功率。在改变逆变角时,有功功率按公式(26)变化,同时产生感性无功功率(27)。这部分无功功率是人为移相控制所产生的,它将导致系统的功率因数降低,特别是逆变角接近90○时,逆变器的功率因数几乎为零,平均系统的功率因数仅为0.2左右 ,使调速性能受到不利影响。

2) 可靠性问题

移相控制另外的主要缺点是可靠性较差。与可控整流电路不同,有源逆变器对换向的要求是非常严格的,任何换向失误,都将导致逆变颠覆也就是严重短路的后果。造成换向失败的原因主要有:脉冲电路的响应与抗干扰移相控制是通过脉冲移动调节转速的,有源逆变器又对触发脉冲的可靠性要求十分严格,于是产生移相响应和抗干扰的矛盾。从控制角度,要求脉冲移相具有快速响应性,因此电路惯性环节小。而抗干扰则要求电路具有时间常数较大的滤波环节,电路无法同时满足这两个相互矛盾的要求,只能牺牲抗干扰性能。特别是限于串级调速当时的历史条件,脉冲控制电路主要由分立器件构成,很多高性能的数字化电路还无法实现,导致脉冲移相电路的可靠性降低。

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