斬波內(nèi)饋與串級調(diào)速的對比

1、斬波內(nèi)饋與串級調(diào)速的對比我公司是內(nèi)饋調(diào)速的發(fā)源地、專利發(fā)明人單位，內(nèi)饋產(chǎn)品已由80年代未第一代內(nèi)反饋串級調(diào)速升級至97年研發(fā)的斬波內(nèi)饋調(diào)速。內(nèi)反饋串級調(diào)速的缺點    移相控制是傳統(tǒng)串級調(diào)速普遍采用的控制方法。控制目的是調(diào)節(jié)從轉(zhuǎn)子抽出來的功率多少，從而實現(xiàn)無級調(diào)速。移相控制的優(yōu)點是技術(shù)簡單，成本低，但缺點卻十分明顯。主要有如下幾個方面問題：1、人為地制造感性無功功率，使內(nèi)饋電機激磁電流增大，運行惡化。移相控制的實質(zhì)是通過改變逆變電流滯后電壓的角度來調(diào)節(jié)功率，根據(jù)公式功率因數(shù)角3（即逆變角）在0°-90°之間變化，有功功率則相應改變。但

2、3變化卻必然產(chǎn)生無功功率，它是由人為地改變3而產(chǎn)生的。特別在調(diào)速告訴運行區(qū)，3角接近90°，無功功率非常大，這樣就給電動機運行造成危害，它將使激磁電流劇增幾倍至幾十倍，如不采取措施，電動機將因過流而燒毀。    為了解決這個問題，無奈只有采取內(nèi)補償，也就是用容性無功功率補償逆變器產(chǎn)生的感性無功功率。不過內(nèi)補償?shù)淖饔靡彩怯邢薜?，同時帶來一些新的問題（1）無法做到合理補償。因為逆變器產(chǎn)生的無功功率是隨調(diào)速而變化的，而內(nèi)補償?shù)娜萘渴枪潭ú蛔兊?，所以兩者不可能完全抵消，于是出現(xiàn)了過補償或欠補償。在補償功率大于逆變器無功功率時出現(xiàn)過補償，很容易產(chǎn)生振蕩，

3、發(fā)生過電壓，這對電動機運行十分危險。當補償功率小于逆變器無功功率時，出現(xiàn)欠補償，沒有完全抵消感性無功的負面影響，電動機功率因數(shù)仍然很低。（2）補償電容極易損壞。由于內(nèi)饋繞組電壓會有豐富的諧波，對補償電容危害極大，為此需加設串聯(lián)電抗器來抑制諧波電流。但電抗器和補償電容串聯(lián)又容易形成諧振，即使工作正常，電容器的工作電壓也明顯高于電源電壓，電容器容易損壞，造成逆變器不能工作，降低了系統(tǒng)可靠性。2、諧波分量大    移相控制的逆變電流也就是轉(zhuǎn)子電流，強度很大，其波形為方波狀，但含有豐富的諧波成分，由于電流大，諧波也高，對電動機和電網(wǎng)影響較大。3、可靠性差

4、0;   有源逆變器的可靠性是至關(guān)重要的，稍有不慎即可引起嚴重短路。其中主要是觸發(fā)脈沖故障。由于電子線路產(chǎn)生出發(fā)脈沖，又要可移動（移相觸發(fā)就是指脈沖的移動），所以可靠性差。原因是移動要求快速響應，干擾就容易侵入，可以說串級調(diào)速之所以可靠性差，大部分的故障都出現(xiàn)于此。4、逆變器容量大    轉(zhuǎn)子電流等于逆變電流是移相控制電路的特點，轉(zhuǎn)子電流隨負載增大而增大，其強度很大，因此內(nèi)饋繞組的功率也很大。功率大不僅浪費材料，而且降低可靠性，功率越大，可靠性越低，控制難度越大。逆變器和內(nèi)饋繞組功率雖然很大，但有功功率卻很小，原因是無功功率

5、占了很大部分，因此解決辦法是從根本上降低無功功率。斬波內(nèi)饋新技術(shù)    斬波實際是變流主電路的數(shù)字控制。變流控制是交流調(diào)速的關(guān)鍵，關(guān)系到調(diào)速效率、功率因數(shù)、可靠性及其它技術(shù)性能，是近代交流調(diào)速研究開發(fā)的重點方向。斬波控制的目的是克服移相控制存在的缺點。實踐表明，斬波控制不僅有效地解決了移相控制的功率因數(shù)低、諧波畸變大等問題，同時，有源逆變器的最大容量可減小到電機額定容量的14.8%，而且觸發(fā)脈沖被固定在最小逆變角處，不再移動，這樣，就從根本上解決了最為頭疼的有源逆變器可靠性問題。這種斬波電路巧妙地解決了晶閘管的關(guān)斷問題，可靠性高，效率高，使內(nèi)饋調(diào)速擺脫了

6、移相控制的束縛，形成斬波+內(nèi)饋的優(yōu)化組合。ZNT-2000型斬波內(nèi)饋調(diào)速產(chǎn)品與串級調(diào)速的性能對比：1、無逆變變壓器，結(jié)構(gòu)簡單，體積小。2、效率約高5%，節(jié)電效果更顯著。3、可靠性高，極少有逆變頻覆故障。4、功率因數(shù)高，逆變器功率因數(shù)恒為0.9。5、諧波分量小，電流波形畸變小于5%，對電網(wǎng)污染小。     除此之外，ZNT-2000型產(chǎn)品還在控制性能上做了重大改進，主要有：（1）、具有自動軟加速的轉(zhuǎn)全速功能，使接觸器壽命大大延長。（2）、具有調(diào)速軟加速起動性能，進入調(diào)速電流無沖擊。（3）、完善的各種保護，特別是電源瞬時停電也不會損壞晶閘管，這是目

7、前國內(nèi)外其它調(diào)速產(chǎn)品均未能解決的難題。（4）、可提供抗干擾的遠方給定和自動恒壓控制裝置。（5）具有無機械傳感的速度顯示。（6）全數(shù)字、鎖相環(huán)控制的脈沖電路，具有極強的抗干擾能力，可靠性高。 波式內(nèi)反饋調(diào)速與雙饋調(diào)速在風機泵類節(jié)能應用的對比一、什么是雙饋調(diào)速？它的主要特點是什么？    雙饋調(diào)速實際上是串級調(diào)速的變形,與普通串級調(diào)速所不同的是雙饋采用"交-交"變頻器取代了串級中的"交-直-交"變換器，這樣在電機轉(zhuǎn)子功率的控制上就能夠?qū)崿F(xiàn)雙向傳輸，也就是不但能實現(xiàn)串級的將轉(zhuǎn)子功率部分饋出而使功率減小，而且能把

8、電網(wǎng)功率饋入轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子功率增大，故稱雙饋調(diào)速。    雙饋調(diào)速依然保持著串級調(diào)速的主體結(jié)構(gòu)，典型特征就是仍然要保留外附的逆變變壓器，而且甚至要由一臺增加到三臺。    雙饋在調(diào)速性能上最大的特點是能實現(xiàn)超同步調(diào)速即調(diào)速的最高轉(zhuǎn)速可以高于電機的同步轉(zhuǎn)速。此時要求轉(zhuǎn)子不單要從定子獲得功率，而且要從外附變壓器，通過交-交變頻器供給另外的功率，為了避免電機過載損壞，此時必須減小負載轉(zhuǎn)矩。    雙饋的另外一個優(yōu)點是可以通過"交-交"變頻器向轉(zhuǎn)子供給激磁功率，使電

9、機功率因數(shù)提高。但這些優(yōu)點都是以增大成本和技術(shù)復雜性而取得的。一、雙饋調(diào)速在風機泵類上應有的探討    風機泵類所以要求調(diào)速，絕大部分是以節(jié)能為目的，由于風機泵類負載特性，（平方轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速立方成正比）所決定，要達到節(jié)能，電機只得向下（降低）調(diào)速。因此，雙饋的超同步優(yōu)點，在風機泵類上是無法發(fā)揮的。    雙饋的第二個優(yōu)點是功率因數(shù)高，而功率因數(shù)與節(jié)能并沒有必然的聯(lián)系，例如，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的功率因數(shù)是很能高的，但大部分的轉(zhuǎn)差功率消耗在電阻上，使調(diào)速效率大為降低，反而耗能。   

10、60;雙饋的高功率因數(shù)是以技術(shù)復雜，成本加大為代價的，"交-交"變頻器，全橋需要36只晶閘管，比串級調(diào)速多了解6倍，相應的觸發(fā)控制亦要增多，技術(shù)復雜且維護困難。另外，雙饋要使調(diào)速電機轉(zhuǎn)子引出4或6條聯(lián)線，而正常的繞線電機只要3只，滑環(huán)、電刷的增多，不僅使制造工藝難度加大，而且更增大了故障率，維護量也明顯增多了。    雙饋調(diào)速設備作為商品，由于成本和技術(shù)的因素，價格必然要較串級更要比斬波內(nèi)反饋高，據(jù)初步了解，系統(tǒng)的總價平均要比斬波內(nèi)反饋高2040%，冷靜分析，為了獲取一個功率因數(shù)指標而花費如此代價實有得不償失之嫌。二、斬波內(nèi)反饋與雙饋

11、對比    斬波內(nèi)反饋調(diào)速是專門為風機泵類調(diào)速而設計的新型交流調(diào)速產(chǎn)品。其典型特點有：1、調(diào)速效率高，比變頻及雙饋均要高出12%；2、結(jié)構(gòu)簡單，無外附變變壓器；3、功率因數(shù)高，變流裝置的功率因數(shù)恒為0.9左右；4、可靠性高；5、電機與普通繞線機全面兼容，（外形、安裝尺寸、滑環(huán)等）；6、價格較低；    系統(tǒng)所以具有以上優(yōu)點，得益于斬波控制與內(nèi)反饋電機的有機結(jié)合，形成真正的機電一體化。    斬波內(nèi)反饋調(diào)速的功率因數(shù)如需進一步提高，實現(xiàn)對電機的補償，可通過內(nèi)補償完成。這項業(yè)已成

12、熟的專利技術(shù)，不僅成本低，運行可靠，而且還能濾除一定的諧波。詳細資料請參閱我公司的資料    理論與實踐證明，斬波內(nèi)反饋調(diào)速具有節(jié)能明顯，價格較低，性能優(yōu)越，可靠性高等優(yōu)點，是目前高壓、大中容量風機泵類值得重視的優(yōu)選產(chǎn)品，希望各界用戶及學術(shù)界能予以關(guān)注。  液力耦合器的模型與工作原理    液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉(zhuǎn)速的機械設備，其主動輸入軸端與原傳動機相聯(lián)結(jié)，從動輸出軸端與負載軸端聯(lián)結(jié)，通過調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的壓力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速得以改變。理想狀態(tài)下，當壓力趨于無窮大時，輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速相等，相當于

13、鋼性聯(lián)軸器。當壓力減小時，輸出轉(zhuǎn)速相應降低，連續(xù)改變介質(zhì)壓力，輸出轉(zhuǎn)速可以得到低于輸入轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)。液力耦合器的功控調(diào)速原理與效率    根據(jù)液力耦合器的上述特點，可以等效為圖1所示的模型    功率控制調(diào)速原理表明，傳動速度的改變，實質(zhì)是機械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低，實際是輸出功率減小。在調(diào)速過程中，液力耦合器的原傳動轉(zhuǎn)速沒有發(fā)生變化，假設負載轉(zhuǎn)矩不變，原傳動的機械功率也不變，那么輸入與輸出功率的差值功率那里去了呢，顯然是被液力耦合器以熱能形式損耗掉了。因此，我們不能簡單地認為液力偶合器調(diào)速

14、是"丟轉(zhuǎn)"，而實際是丟功率。設原傳動功率為PM1，輸出功率為PM2，損耗功率則為    液力偶合器是一種耗能型的機械調(diào)速裝置，調(diào)速越深（轉(zhuǎn)速越低）損耗越大，特別是恒轉(zhuǎn)矩負載，由于原傳動輸入功率不變，損耗功率將轉(zhuǎn)速損失成比例增大。對于風機泵類負載，由于負載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的調(diào)速效率曲線如圖2所示，平均效率在50%左右。電磁滑差離合器的功控調(diào)速原理與效率    電磁滑差離合器是一

15、種電磁的機械傳動耦合器，通常由主動和從動兩個部分構(gòu)成，主動部分是由鐵磁材料制成的圓筒，稱為電樞。從動部分也由同樣材料制成，稱為磁極，在磁極上嵌放有勵磁繞組，繞組的引線接于集電環(huán)上，通過電刷與直流電源聯(lián)接，調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，即可改變磁極的磁場強度，于是改變從動部分的轉(zhuǎn)速。    電磁滑差離合器除了內(nèi)部作用機理與液力耦合器有所區(qū)別以外，調(diào)速的原理完全相同，同樣是損耗功率控制調(diào)速。調(diào)速所產(chǎn)生的損耗功率以熱能形式消耗在滑差離合器內(nèi)部，效率特性與液力耦合器一致。斬波內(nèi)饋與變頻調(diào)速的對比    電力資源和水力資源供求矛盾日益

16、突出，節(jié)電、節(jié)水已經(jīng)成為我國經(jīng)濟發(fā)展的一項戰(zhàn)略國策。節(jié)電、節(jié)水的關(guān)鍵是風機、泵類的調(diào)速經(jīng)濟運行。我國的風機、泵類耗電量占全國總動力耗電的43%以上，且絕大部分為恒速運行，只能靠調(diào)節(jié)風門、閥門或開、停數(shù)量來調(diào)節(jié)工況變化，效率只有30%，造成大量的能源浪費。    我公司董事長高級工程師屈維謙先生，經(jīng)過18年的嘔心瀝血、刻苦研究發(fā)明了斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng),并榮獲國家專利,該系統(tǒng)最適合高壓大中容量交流電機調(diào)速高效節(jié)能的風機和泵類。它填補了我國在這一領(lǐng)域的技術(shù)空白,各項技術(shù)指標達到國際先進水平，是當今世界新展現(xiàn)出來的一項新技術(shù)。特別是調(diào)速理論的創(chuàng)新，以"P

17、"功率控制理論，替代了"M"轉(zhuǎn)矩控制理論，為調(diào)速事業(yè)做出了巨大的貢獻。斬波內(nèi)饋調(diào)速不但適合國情，也同樣適應國際市場。在全國各地已擁有20幾家用戶,運行可靠，節(jié)電顯著，深受用戶鐘愛。一、內(nèi)饋的特點、原理    所謂內(nèi)饋調(diào)速是一種將調(diào)速電機的部分轉(zhuǎn)子功率（即電轉(zhuǎn)差功率）移出來，以電能的形式反饋給電機內(nèi)部的調(diào)節(jié)繞組的特殊調(diào)速方式，轉(zhuǎn)子反饋給調(diào)節(jié)繞組的功率越多，軸功率輸出就越少，轉(zhuǎn)速就越低，反之，轉(zhuǎn)子反饋給調(diào)節(jié)繞組的功率越少，軸功率輸出的就越多，轉(zhuǎn)速就越高，可見，從轉(zhuǎn)子被移出的電轉(zhuǎn)差功率是在轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)繞組間循環(huán)往復傳輸?shù)?，循環(huán)效率為9

18、9.8%，不需要經(jīng)過電源供給，這是內(nèi)饋調(diào)速的最大奧妙之處。    主要特點：    1.理論新穎，技術(shù)先進，創(chuàng)立了功率控制理論（即P理論）。    2.效率高，可達99.87%。    3.結(jié)構(gòu)簡，占地面積小。    4.電流波形諧波小，小于5%。    5.價格廉，控制系統(tǒng)平均1000元/KW左右。二、斬波控制的特點   &#

19、160;1.斬波控制實質(zhì)上是以數(shù)字控制取代了傳統(tǒng)的移相控制。    2.采用斬波有源逆變器的變流主電路，使系統(tǒng)具有最高的功率因數(shù)和最小的電流畸變率。    3.固定相位的有源逆變器，加上獨創(chuàng)的特殊觸發(fā)，同步電路，使逆變可靠性得到解決，無需相序調(diào)整及同步配相，無論何種相序都正確，而且逆變角自動恒定。    4.采用繼電器邏輯操作和控制，微機使運行更加可靠性。    5.具有完善的各種保護功能，如過流、欠壓、過壓、失波、缺相、相序、瞬時停電

20、、頻敏等各種保護。    6.具有自動軟加速的轉(zhuǎn)全速功能，使接觸器壽命大大延長。    7.具有調(diào)速軟起動功能，進入調(diào)速電流無沖擊。    8.可提供抗干擾的遠方給定和自動恒壓閉環(huán)控制裝置。    9.具有無機械傳感的速度顯示。    10.應用全數(shù)字鎖相環(huán)控制的脈沖電路，具有極強的抗干擾能力和高可靠性。    11.斬波主電路增加了"DCL&qu

21、ot;吸收電路，解決了關(guān)斷電壓過充的難題，使斬波技術(shù)臻于成熟。三、變頻調(diào)速的功率控制原理    從功率控制角度觀察，變頻調(diào)速是典型的定子電磁功率控制調(diào)速。定子控制是間接控制轉(zhuǎn)子的調(diào)速，由于定、轉(zhuǎn)子電磁功率相等，而定子電磁功率                 Pem = P1 -P1      

22、60;            （1）及                P1 = m1U1l1cos1                （2）&

23、#160;   因此可以通過U1調(diào)節(jié)來改變定子電磁功率，而 受轉(zhuǎn)矩平衡方程式約束不能作為控制量。調(diào)速原理如圖所示   但單純調(diào)壓并不能實現(xiàn)定子電磁功率控制，原因是U1不但影響電磁功率，而且還作用于磁場，根據(jù)電機學，主磁通（3）如果單純調(diào)壓，U1降低m  減小，而U1增大m  受磁飽和限制不能增大，U1的減小將引起損耗功率急劇增大。設負載轉(zhuǎn)矩不變，則電磁轉(zhuǎn)矩亦不變（4）m減小將引起定、轉(zhuǎn)子電流同比增大，其損耗    P1 = m

24、1I12r1                      （5）    P1 = m2I22r2                   

25、;   （6）按電流平方律增大，結(jié)果形成增大轉(zhuǎn)速降的調(diào)速。    為了解決上述問題，應根據(jù)式(14)對U1進行解耦，即在調(diào)壓的同時，正比地改變頻率f1 ，使m=C保持不變。從而實現(xiàn)高效率的電磁功率控制調(diào)速。變頻調(diào)速時，理想空載轉(zhuǎn)速按n0隨U1改變，此時同步轉(zhuǎn)速n1隨f1而變，且有n0=n1，但決定電動機轉(zhuǎn)速的是n0而不是n1 ，下面將會看到，即使n1不變，n0也可隨電磁功率改變。    根據(jù)上述分析，恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時，其充分條件是調(diào)壓，必要條件是變頻，調(diào)速的實質(zhì)在于

26、電磁功率控制。四、斬波內(nèi)饋調(diào)速技術(shù)指標與變頻調(diào)速的比較。    1.價格低廉，只是變頻調(diào)速的1/21/3；    2.運行可靠，連續(xù)無故障運行10000小時以上；    3.效率高,99.87% 變頻調(diào)速94%；    4.功率因數(shù)高COS=0.92    5.諧波污染小，電流畸變率小于5%，而且由于轉(zhuǎn)子的隔離作用不會反饋至電網(wǎng)，無污染，是綠色環(huán)保產(chǎn)品。變頻調(diào)速的諧波高達3040%，且直

27、接污染電網(wǎng)，需加裝濾波裝置，電力部門才允許運行。    6.控制功率小，由于是在轉(zhuǎn)子側(cè)實施調(diào)速控制，而轉(zhuǎn)子電壓較低，其控制功率只為電機功率的40-50%。變頻調(diào)速是在電機網(wǎng)側(cè)控制，直接承受電源電壓，控制功率要大于電機功率,一般為（1.2-1.3）倍的電機功率。    7.體積小，結(jié)構(gòu)簡單，變頻調(diào)速系統(tǒng)龐大，高壓變頻調(diào)速一般為：高低或高低高系統(tǒng)，需配置1-2臺變壓器及相應的高壓開關(guān)柜，占地面積大，價格昂貴，效率低。而且均需進口，用國家外匯，維修也不方便。   8.調(diào)速平均節(jié)能高達50%，

28、變頻調(diào)速平均節(jié)能只有40%。五、斬波內(nèi)饋調(diào)速的可靠性與變頻的比較1性能優(yōu)秀的交流調(diào)速要求電機本身盡量充實調(diào)速的內(nèi)因，而且要具有適應調(diào)速控制的功能。調(diào)速的內(nèi)因不充分，如果全部依靠外部控制裝置來補救，不僅困難重重、代價昂貴，而且有些問題無法實現(xiàn)。就是變頻調(diào)速，也要求調(diào)速異步機有較大的改進，諸如絕緣、諧波、軸電流等問題，在高壓電機調(diào)速上顯得尤為突出，如不采取有效措施，將嚴重影響電機的工作和壽命。2電機控制原理的可靠性    斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)是基于異步電動機轉(zhuǎn)子的電磁功率控制調(diào)速，由于轉(zhuǎn)子和內(nèi)饋繞組都是低壓的，因此控制裝置回避了變頻調(diào)速定子控制的電源高壓問題。通

29、常，調(diào)速控制裝置的實際工作電壓在200-400V之間，克服了電力電子器件耐壓條件對高壓異步電動機調(diào)速發(fā)展的限制，提高了電力電子器件在應用中的可靠性。 3障兼容能力    任何控制設備都不可能百分之百的可靠工作，提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵在于提高系統(tǒng)的故障兼容能力。斬波內(nèi)饋調(diào)速裝置與調(diào)速電機恒速運行裝置成為并聯(lián)關(guān)系，當調(diào)速控制裝置意外故障時，自動保護裝置可以自動將電動機切換成恒速運行，不至于造成電動機停運。此時電動機只是不能調(diào)速而已，可將故障影響縮小到最小限度。4斬波技術(shù)對可靠性的改善    斬波技術(shù)除了提高調(diào)速

30、系統(tǒng)的功率因數(shù)、降低諧波分量之外，對系統(tǒng)的可靠性改善還起到至關(guān)重要的作用。    首先，采用斬波技術(shù)使有源逆變器的控制脈沖不再移動，而是鎖定在最小逆變角，因此，可以采取諸如鎖相環(huán)等抗強干擾電路，使有源逆變器的觸發(fā)脈沖非?？煽?，基本解決了有源逆變器可靠性的一大技術(shù)難題。斬波技術(shù)同時還使有源逆變器的容量大為減小，對于風機泵類負載，容量可由移項控制的60%Pe減小到15%Pe，僅為前者的1 / 4，有源逆變器容量的減小，使逆變電流減小，從而減小換向重疊角，進一步提高了有源逆變器可靠性。    斬波式內(nèi)饋的突出技術(shù)創(chuàng)新是電機和控制。電機是調(diào)速的主體，內(nèi)饋即是加強充實了電機調(diào)速的內(nèi)因，斬波控制實質(zhì)是以數(shù)字控制取代了傳統(tǒng)的移相控制，可靠性大為增強。如下圖：斬波內(nèi)饋調(diào)速與其它交流調(diào)速的技術(shù)性能對比     總的來說，高電壓大功率交流電機調(diào)速方式主要可以分為以下幾種：1、斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)    是一種將調(diào)速電機的部分轉(zhuǎn)子功率（即電轉(zhuǎn)差功率）移出來，以電能的形式，反饋給電機內(nèi)部的調(diào)節(jié)繞組的特殊調(diào)速方式。2、變頻調(diào)速    通過改變加到電機的電