雙饋變頻系統(tǒng)講解

1、雙饋變頻系統(tǒng)1.交流調(diào)速簡介直流電力拖動和交流電力拖動在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)上半葉的年代里，鑒于直流拖動具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動都采用直流電機，而約占電力拖動總?cè)萘?0%以上的不變速拖動系統(tǒng)則采用交流電機，這種分工在一段時期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問世，并已獲得實際應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到20世紀(jì)6070年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動系統(tǒng)得以實現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運而生，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了

2、。這時，直流電機具有電刷和換相器因而必須經(jīng)常檢查維修、換向火花使直流電機的應(yīng)用環(huán)境受到限制、以及換向能力限制了直流電機的容量和速度等缺點日益突出起來，用交流可調(diào)拖動取代直流可調(diào)拖動的呼聲越來越強烈，交流拖動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動控制的主要發(fā)展方向。許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機械過去多用直流拖動，鑒于交流電機比直流電機結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便、慣量小、效率高，如果改成交流拖動，顯然能夠帶來不少的效益。但是，由于交流電機原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機那樣通過電樞電流施行靈活的實時控制。20世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，或稱磁場定向控制技術(shù)，通過坐標(biāo)變換，把交流電機的

3、定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量，用來分別控制電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，就可以獲得和直流電機相仿的高動態(tài)性能，從而使交流電機的調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進展。其后，又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列可以和直流調(diào)速系統(tǒng)媲美的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。直流電機的換向能力限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過10 kW r /min，超過這一數(shù)值時，其設(shè)計與制造就非常困難了。 交流電機沒有換向器，不受這種限制，因此，特大容量的電力拖動設(shè)備，如厚板軋機、礦井提升機等，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動，如高速磨頭、離心機等，都以采用交流調(diào)速為宜。交流電機主要分為異步電機（即感應(yīng)電機）和同步電機兩大類，每類電機又有

4、不同類型的調(diào)速系統(tǒng)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中介紹的異步電機調(diào)速系統(tǒng)種類繁多，可按照不同的角度進行分類。常見的交流調(diào)速方法有：降電壓調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子電動機串級調(diào)速和雙饋電動機調(diào)速變極對數(shù)調(diào)速變壓變頻調(diào)速按照交流異步電機的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：一部分是拖動負(fù)載的有效功率，稱作機械功率；另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s 成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點出發(fā)，可以把異步電機的調(diào)速系統(tǒng)分成三類：（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，上述的第、三

5、種調(diào)速方法都屬于這一類。在三類異步電機調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價值。 （2）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng) 在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，上述第種調(diào)速方法屬于這一類。無論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變，因

6、此效率更高，上述的第、兩種調(diào)速方法屬于此類。其中變極對數(shù)調(diào)速是有級的，應(yīng)用場合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速；但在定子電路中須配備與電動機容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。 2.交-直-交變頻 交-直-交變頻一般采用全控型的半導(dǎo)體器件，如GTO、IGBT、IGCT等。相對與交-交變頻來說，它具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，頻率可調(diào)范圍寬，功率因數(shù)高，高次諧波少等優(yōu)點。以前由于受半導(dǎo)體器件功率的影響，容量一直做不大，隨著大功率全控器件的出現(xiàn)，這種方式有著非常好的前景。在主回路結(jié)構(gòu)上，它可采用兩電平或多電平的方式。2.1中點嵌位式三電平變頻器三電

7、平電壓源型逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是1977年德國伍柏塔爾大學(xué)Joachim Holtz教授首次提出的，日本長岡科技大學(xué)學(xué)者1980年ISA年會上提出了用二極管嵌位的概念，從而也叫“中點箝位式逆變器”。它的出現(xiàn)為高壓大容量電壓型逆變器的研制和開發(fā)提供了一條全新的思路，其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-1所示。 圖1-1 二極管嵌位式三電平變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三電平變換器由早期的兩電平變換器演化而來，在變換器的橋臂上有4個功率器件，每個橋臂可輸出1、0、-1三個電平。在相同的輸出電壓等級的情況下，三電平結(jié)構(gòu)功率器件所承受的電壓僅為兩電平的一半，大大減輕了du/dt，降低了功率器件和電機絕緣承受的電壓應(yīng)力，減小了變頻

8、器相同的EMI。由于相電壓有三種電平狀態(tài)，比傳統(tǒng)的二電平逆變器多了一個電平，其諧波水平明顯低于兩電平逆變器，在獲取相同的系統(tǒng)性能指標(biāo)的同時，開關(guān)頻率可以降低到兩電平的1/4 。 中點箝位三電平變頻器不但在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上相對簡單，而且基本采用矢量或直接轉(zhuǎn)矩等先進的控制方法，使得它不僅能用于風(fēng)機、泵的節(jié)能調(diào)速，還能用于需快速響應(yīng)的工況。 三電平變頻器的優(yōu)點是：系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，功率布局配置合理，功率密度高，符合大功率變頻器的發(fā)展方向。輸出波形畸變率、du/dt、EMI等指標(biāo)較兩電平方式有較大改善。采用背靠背雙三電平結(jié)構(gòu)可按照“電網(wǎng)-變頻器-電機”一體化方式進行協(xié)調(diào)控制，在實現(xiàn)高性能矢量控制的同時，對

9、于網(wǎng)側(cè)諧波含量、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)均有良好控制效果。它的缺點是：隨著電平數(shù)的擴展，系統(tǒng)輸出波形質(zhì)量有進一步的改善，但算法復(fù)雜程度急劇上升，一般實際應(yīng)用限制在七電平以內(nèi)，國外成熟產(chǎn)品以三電平為主。du/dt 對高壓電機的絕緣影響仍不容忽視，在6KV及以上高壓應(yīng)用場合仍需選配正弦波輸出濾波器。3.異步繞線電機轉(zhuǎn)子雙饋變頻3.1 雙饋調(diào)速原理傳統(tǒng)雙饋電機即為繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機，因其定、轉(zhuǎn)子各有一套繞組與外部電源(電網(wǎng)或變頻器)相連，功率流向可分別由定、轉(zhuǎn)子饋入或饋出，故稱雙饋電機。早期得到較廣泛應(yīng)用的繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速即為雙饋調(diào)速的一種方式，因其只能從轉(zhuǎn)子側(cè)饋出能量，只能運行在同步轉(zhuǎn)

10、速以下，沒有制動停車功能，可理解為狹義雙饋。與之相對應(yīng)的廣義雙饋是指電機定、轉(zhuǎn)子均可進行能量的雙向流動。結(jié)構(gòu)形式通常為電機定子側(cè)接入恒壓恒頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子側(cè)接入變壓變頻裝置。通過控制轉(zhuǎn)子附加電勢的頻率、幅值和相位進行調(diào)速和功率因數(shù)控制。所以所謂“雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動勢的電路相連接，使它們可以進行電功率的相互傳遞。 至于電功率是饋入定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組，還是由定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組饋出，則要視電機的工況而定。雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1 雙饋調(diào)速基本結(jié)構(gòu)上圖中，在雙饋調(diào)速工作時，除了電機定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與

11、交流電網(wǎng)或外接電動勢相連，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個交流電動勢。由于轉(zhuǎn)子電動勢與電流的頻率隨轉(zhuǎn)速變化，即 f2 = s f1 ，因此必須通過功率變換單元（Power Converter UnitCU）對不同頻率的電功率進行電能變換。對于雙饋系統(tǒng)來說，CU應(yīng)該由雙向變頻器構(gòu)成，以實現(xiàn)功率的雙向傳遞。3. 2 雙饋調(diào)速的功率傳輸（1）轉(zhuǎn)差功率輸出狀態(tài) 異步電動機由電網(wǎng)供電并以電動狀態(tài)運行時，它從電網(wǎng)輸入（饋入）電功率，而在其軸上輸出機械功率給負(fù)載，以拖動負(fù)載運行； （2）轉(zhuǎn)差功率輸入狀態(tài)當(dāng)電機以發(fā)電狀態(tài)運行時，它被拖著運轉(zhuǎn)，從軸上輸入機械功率，經(jīng)機電能量變換后以電功率的形

12、式從定子側(cè)輸出（饋出）到電網(wǎng)。 3.2.1 轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用異步電機運行時其轉(zhuǎn)子相電動勢為： 式中 s 異步電動機的轉(zhuǎn)差率； 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機在轉(zhuǎn)子不動時的相電動勢，或稱轉(zhuǎn)子開路電動勢，也就是轉(zhuǎn)子額定相電壓值。轉(zhuǎn)子相電流的表達(dá)式為：式中 轉(zhuǎn)子繞組每相電阻； s = 1時的轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。 附加電動勢與轉(zhuǎn)子電動勢有相同的頻率，可同相或反相串接，如圖4-13所示。 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機在外接附加電動勢時，轉(zhuǎn)子回路的相電流表達(dá)式： 根據(jù)此公式推理可得到以下結(jié)論：2. Er 與 Eadd反相 同理可知，若減少或串入反相的附加電動勢，則可使電動機的轉(zhuǎn)速降低。 所以，在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)引入

13、一個可控的附加電動勢，就可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 3.2.2雙饋調(diào)速系統(tǒng)的運行工況 忽略機械損耗和雜散損耗時，異步電機在任何工況下的功率關(guān)系都可寫作： 式中 從電機定子傳入轉(zhuǎn)子（或由轉(zhuǎn)子傳出給定子）的電磁功率。 輸入或輸出轉(zhuǎn)子電路的功率，即轉(zhuǎn)差功率， 電機軸上輸出或輸入的功率。 由于轉(zhuǎn)子側(cè)串入附加電動勢極性和大小的不同， 和都可正可負(fù)，因而可以有以下五種不同的工作情況。 （1）電機在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行 工作條件： 轉(zhuǎn)子側(cè)每相加上與 Er0 反相的附加電動勢-Eadd（Eadd Er0），并把轉(zhuǎn)子三相回路連通。 運行工況：電機作電動運行，轉(zhuǎn)差率為 0 s Er0。 運行工況：電機進入倒拉制動運行

14、狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率 s 1，此時由電網(wǎng)輸入電機定子的功率和由負(fù)載輸入電機軸的功率兩部分合成轉(zhuǎn)差功率，并從轉(zhuǎn)子側(cè)饋送給電網(wǎng)，功率關(guān)系可改寫成： 功率流程如下所示：（3）電機在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行 工作條件： 進入這種運行狀態(tài)的必要條件是有位能性機械外力作用在電機軸上，并使電機能在超過其同步轉(zhuǎn)速n1的情況下運行。此時，如果處于發(fā)電狀態(tài)運行的電機轉(zhuǎn)子回路再串入一個與 sEr0 反相的附加電動勢 +Eadd ，電機將在比未串入 +Eadd 時的轉(zhuǎn)速更高的狀態(tài)下作回饋制動運行。 運行工況： 電機處在發(fā)電狀態(tài)工作，s 0，電機功率由負(fù)載通過電機軸輸入，經(jīng)過機電能量變換分別從電機定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)饋送至電網(wǎng)。此

15、時功率關(guān)系可改寫成： 功率流程如下所示：（4）電機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行 工作條件： 設(shè)電機原已在 0 s 1 作電動運行，轉(zhuǎn)子側(cè)串入了同相的附加電動勢+Eadd，軸上拖動恒轉(zhuǎn)矩的反抗性負(fù)載。 當(dāng)接近額定轉(zhuǎn)速時，如繼續(xù)加大+Eadd電機將加速到的新的穩(wěn)態(tài)下工作，即電機在超過其同步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。 運行工況： 電機的軸上輸出功率由定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)兩部分輸入功率合成，電機處于定、轉(zhuǎn)子雙輸入狀態(tài)，其輸出功率超過額定功率。功率流程如下所示：（5）電機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行 工作條件 很多工作機械為了提高其生產(chǎn)率，希望電力拖動裝置能縮短減速和停車的時間，因此必須使運行在低于同步轉(zhuǎn)速電動狀態(tài)的電機切

16、換到制動狀態(tài)下工作。 設(shè)電機原在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動運行，其轉(zhuǎn)子側(cè)已加入一定的 Eadd ?，F(xiàn)若增大Eadd值，并使Eadd大于此時的sEr0，電機進入制動狀態(tài)， 運行工況 在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動運行， |- Eadd| 大于制動初瞬的sEr0 ，電機定子側(cè)輸出功率給電網(wǎng)，電機成為發(fā)電機處于制動狀態(tài)工作，并產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩以加快減速停車過程。功率流程如下所示： 五種工況都是異步電機轉(zhuǎn)子加入附加電動勢時的運行狀態(tài)。在工況c)，e）中定子側(cè)輸出功率，在工況a）,b）,c）中，轉(zhuǎn)子側(cè)都輸出功率，可把轉(zhuǎn)子的交流電功率先變換成直流，然后再變換成與電網(wǎng)具有相同電壓與頻率的交流電功率。 3.3 ASCS雙饋變頻

17、系統(tǒng)構(gòu)成和特點轉(zhuǎn)子雙饋變頻系列可適用于繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的升級改造。國內(nèi)大容量交流調(diào)速系統(tǒng)大量采用此種方式，即TKD系統(tǒng)僅礦用系統(tǒng)就超過6000臺，全部改造的市場容量高達(dá)150億-200億元。改造后系統(tǒng)性能達(dá)到國際先進水平，可節(jié)約大量的資金投入。ASCS雙饋變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖3-2所示。 圖3-2 ASCS雙饋調(diào)速示意圖系統(tǒng)在繞線電機轉(zhuǎn)子側(cè)引入全控功率變換單元，通過控制轉(zhuǎn)差功率進行調(diào)速，其中CU1為全控逆變單元，用于提供與轉(zhuǎn)子電勢同頻率的變壓變頻電源，CU2為全控整流單元，在提供穩(wěn)定直流電壓的同時，可對網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和諧波進行調(diào)節(jié)和補償，使系統(tǒng)對電網(wǎng)造成的影響可忽略不計。在主回路上采用

18、背-靠-背雙三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其示意如圖3-3所示。 圖3-3 背-靠-背雙三電平結(jié)構(gòu)示意圖在波形質(zhì)量上，三電平變頻器輸出相電壓為九階梯波，對比常規(guī)的兩電平變頻器電壓和電流畸變率大大減小，和多重獨立直流電源構(gòu)成的級聯(lián)型拓?fù)涞母邏鹤冾l器相比，雖然實現(xiàn)的階梯波層數(shù)較少，但由于變頻器接入點為高壓電機轉(zhuǎn)子側(cè)，電壓等級相對較低（通常6KV等級的MW級繞線電機轉(zhuǎn)子側(cè)電壓只有1KV左右），這樣系統(tǒng)的du/dt和波形畸變率影響將非常小，且對于電機定子側(cè)而言電流波形基本無畸變，系統(tǒng)運行更加安全、可靠。在控制方式上，通過高性能矢量控制算法，將功率變換裝置和電機作為整體考慮，在實現(xiàn)高性能調(diào)速的前提下，可對網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)

19、、網(wǎng)側(cè)諧波、電機定子側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)進行調(diào)控，最大程度上滿足系統(tǒng)運行的需要，以較低的開關(guān)頻率、較小的進線電抗實現(xiàn)了能量雙向流動、單位功率因數(shù)以及正弦的網(wǎng)側(cè)電流，使變頻器對電網(wǎng)的污染降至最低，做到真正意義上的“綠色變頻”。雙饋控制所具有的一個突出優(yōu)點是電機在調(diào)速的同時，能夠獨立調(diào)節(jié)定子側(cè)無功功率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。由于電機定子側(cè)直接接入恒壓恒頻電網(wǎng)，因此在實際應(yīng)用中，合理地選擇轉(zhuǎn)子電流的控制方式，使系統(tǒng)獲得某種能量指標(biāo)最優(yōu)。一般雙饋調(diào)速系統(tǒng)有以下四種運行方式：(1) 全補償工作方式：即全部補償定子的無功功率，使定子無功電流為零。在轉(zhuǎn)子不過流的情況下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩將小于額定轉(zhuǎn)矩。這種

20、工作方式控制簡單，較易實現(xiàn)，比較適用于負(fù)載變化不大的場合。(2) 轉(zhuǎn)子電流量最小工作方式：這種工作方式的實際意義在于降低轉(zhuǎn)子側(cè)功率變換器的容量。由于轉(zhuǎn)子有功電流分量取決于負(fù)載，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流無功分量為零時，轉(zhuǎn)子電流達(dá)到最小值。在這種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)矩為額定時，轉(zhuǎn)子的全電流即為額定的有功電流。(3) 轉(zhuǎn)子電流恒定工作方式：當(dāng)負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)子電流幅值不變，但相位改變。重載時，轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量較大。滿足負(fù)載要求，在不過流，發(fā)揮改善功率因數(shù)的作用；輕載時，則提供較大的超前無功電流，盡量發(fā)揮改善功率因數(shù)的作用，這種工作方式特別適合負(fù)載變動較大，經(jīng)常輕載而電網(wǎng)又常常需要補償功率因數(shù)的場合。(4) 最小損耗

21、工作方式：這種工作方式的基本原理是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的幅值和相位，合理的分配定子電流的有功分量和無功分量，使得在任何負(fù)載下雙饋調(diào)速的異步電動機的損耗為最小。這種控制方式效率最高，但控制復(fù)雜。ASCS雙饋調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖3-4所示。 圖3-4 ASCS單機雙饋系統(tǒng)框圖圖中，各組成部分的功能如下：（1） 定子側(cè) 高壓出線柜：提供電機定子電源。 換向柜：主要作為電機定子換向用。（2） 轉(zhuǎn)子側(cè) 轉(zhuǎn)子出線柜：提供電機轉(zhuǎn)子電源。 變壓器：主要提供整流側(cè)電源，將高壓變?yōu)檎魉桦娫?，又稱整流變壓器。 電抗器：起平波作用。 整流柜：主要將三相交流整成直流，同時將電能回饋到電網(wǎng)上去。 逆變柜：主要將直流通過逆變變

22、換成三相交流，接入電機轉(zhuǎn)子。 調(diào)節(jié)柜：傳動控制核心，完成速度閉環(huán)控制、單位功率因數(shù)控制、轉(zhuǎn)子變頻矢量控制、電流閉環(huán)控制，故障診斷等功能。 PLC柜：系統(tǒng)主控部分，主要是整合系統(tǒng)各個部分之間配合工作，以及對電機運行與設(shè)備保護等功能。上位機：主要是監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)與故障信息顯示的作用。操作臺：作為司機操作系統(tǒng)的平臺，以及顯示系統(tǒng)各個部分的運作狀態(tài)。低壓配電柜：主要提供低壓電源。采用ASCS轉(zhuǎn)子雙饋變頻還可以實現(xiàn)雙機拖動，其結(jié)構(gòu)示意如圖3-5所示。圖3-5 ASCS雙機轉(zhuǎn)子雙饋系統(tǒng)框圖3.4 雙饋變頻系統(tǒng)的性能特點和效益分析（1） 性能特點 轉(zhuǎn)矩：啟動、低速運行時，轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的兩倍。由于電

23、壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電機起動電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊不存在，可提供既可控又平滑的最大啟動及制動轉(zhuǎn)矩，大大縮短了加減速及爬行段的時間。 調(diào)速性能：矢量控制可實現(xiàn)類似直流拖動控制系統(tǒng)的優(yōu)良調(diào)速性能，實現(xiàn)無級調(diào)速。系統(tǒng)能自動高精度地按設(shè)計的提升速度圖控制提升速度，系統(tǒng)的安全得到保證，極大地降低了操縱難度；減速時電氣制動減速，司機無需再用施閘手段控制提升機減速，避免了超速、過卷的發(fā)生。 諧波：通過高性能失量控制算法，將功率變換裝置和電機作為整體考慮，在實現(xiàn)高性能調(diào)速的前提下，可對整流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)、整流網(wǎng)側(cè)諧波、電機定子側(cè)功率因數(shù)等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)進行調(diào)控，所以幾乎不存在諧波污染，不需增加無功補償、諧波

24、治理等投資。 功率因數(shù)：雙饋控制所具有的一個突出優(yōu)點是電機在調(diào)速的同時能夠獨立調(diào)節(jié)定子側(cè)無功功率，改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，功率因數(shù)可達(dá)到1，提高了設(shè)備對電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。 擴展能力：電控系統(tǒng)采用全數(shù)字控制器,能通過軟件來靈活實現(xiàn)原系統(tǒng)中所有控制功能,留有自動化接口,提高其控制性能指標(biāo),加強保護功能,最終達(dá)到提高整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、擴展能力和控制性能指標(biāo)。（2）效益分析 節(jié)能：矢量控制全控雙饋調(diào)速方案與串電阻調(diào)速方式相比，節(jié)約了消耗于轉(zhuǎn)子電阻回路中的能量，且在制動過程中可以發(fā)電并回饋電網(wǎng)，每年可節(jié)約電能消耗35%以上。 生產(chǎn)效率：能可靠地按系統(tǒng)設(shè)計的最短

25、時間加、減速，顯著縮短一次提升時間，提高生產(chǎn)效率。 維護和故障率a.與傳統(tǒng)的TKD控制方式相比，電機定子、轉(zhuǎn)子溫升均大幅下降，使電機運行的故障率大幅減少；由于實現(xiàn)了無級調(diào)速解決了切換電阻沖擊電流大，運行平穩(wěn)性差的問題，使系統(tǒng)運行更加安全可靠。b.實現(xiàn)了全程的電力牽引與電力制動，機械閘只有在停車和安全回路保護動作時才起作用，閘瓦磨損減少。由于變頻運行機械特性很硬，鋼繩不易打滑，明顯減少磨損。由于轉(zhuǎn)矩平滑降低了齒輪箱和鋼絲繩等設(shè)備的機械故障，減少了設(shè)備的維修量和維修費用。c.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計，使安裝維護更加方便。d.由于閘瓦、減速機構(gòu)運行有所改善，可消除磨損造成的飛塵，電阻群無需使用，解決了工作

26、現(xiàn)場環(huán)境溫度過高的問題。e.系統(tǒng)自動化程度很高，減少了人工操作失誤率。3.5 雙饋轉(zhuǎn)子變頻與高壓變頻之比較 由于定子側(cè)電壓較高和IGBT耐壓的限制，高壓變頻只有采用級聯(lián)的方式。高壓變頻器的變壓器為特制的多繞組變壓器，二次輸出多達(dá)45-60只端子，變頻器主回路接線比較多。另外高壓變頻器使用IGBT數(shù)量為180-270只。而在雙饋轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)中，變壓器為通用整流變壓器，IGBT數(shù)量為24只，二極管12只，元器件總數(shù)36只，主回路可靠性是高壓變頻的5-7倍。 高壓變頻器中使用60-80只電解電容，此電解電容壽命為2000-6000小時，正常使用八個月左右就要更換。更重要的是這樣的元件壽命不能保證提升機電控系統(tǒng)的可靠性。轉(zhuǎn)子雙饋變頻器采用兩個高性能聚丙脂電容，壽命可達(dá)20萬小時，壽命是電解電容的20倍。 高壓變頻由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難實現(xiàn)高性能的控制方式（如矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制），基本都采用V/F控制方式，對于風(fēng)機、水泵類不變負(fù)載有一定的使用范圍，但對于提升機之類的位勢負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩特性以及動態(tài)響應(yīng)是很難滿足要求