内反馈串级调速系统使用PWM整流器的方法研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第2期电力科学与工程Vo1．24．No．2Mar．．200892008年3月ElectricPowerScienceandEngineering内反馈串级调速系统使用PWM整流器的方法研究马长啸，王艾萌，石新春(华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003)摘要：对斩波式内反馈串级调速系统功率因数低的问题进行分析。将PWM整流器引入内反馈串级调速系统中，代替原有的晶闸管逆变部分，使逆变侧工作在负阻或容性状态，从而提高了系统的功率因数。介绍了采用

2、PWM整流技术的内反馈串级调速系统及其控制策略，最后给出了仿真结果和相应的结论。关键词：串级调速；PWM整流器；功率因数中图分类号：TM93文献标识码：A变流系统将该电势串入电机的转子绕组，改变其串0引言入电势的大小即可实现调速。普通串级调速系统是通过改变逆变角来实现的，但随着逆变角的增电气传动在日常生活、工业生产中占有很大的大，系统的无功功率增加，功率因数降低，为此提比重，特别是风机和泵类这些负载的消耗占能源消出了斩波式串级调速系统。原理图如图1。耗的比重很大，因此风机和泵类的节能问题是当今工业生产中的主

3、要问题之一。采用晶闸管实现的串级调速系统是实现风机和泵类节能的有效手段。这种调速方法与变频调速相比具有性能良好、价格便宜的特点，它不仅能够实现平稳调速，而且节约电能20％～40％左右。但是功率因数比较低是传统串级调速系统的一个突出的缺点，高速满载的情况下约为0．6，低速时约为0．4，对能源造成了很大的图1串级调速系统原理图浪费，并对电网造成很大的污染，影响了它的推广整流桥输出电压为：-2．34sE2o应用。由此，本文提出了新型的串级调速方案，即逆变器输出电压为：=2．34cos用PWM整流器代替晶闸管逆变，

4、从而提高系统的转子直流回路的电压平衡方程式：功率因数。=竿1斩波式内反馈串级调速系统分析所以：，z=，zo【1--Uncosfl。(T-r))式中为调节绕组相电压，r为斩波器的占空比。内反馈串级调速以绕线型感应电动机转子串附因此控制占空比就可以调节电动机的转速。加电势进行调速的理论为基础，其调速电机在定子上增设了一套三相对称绕组，称为调节绕组，而原2功率因数分析来的定子绕组成为主绕组。附加电势就是由调节绕组从主绕组感应过来的电势所提供的。通过可控硅串级调速系统的功率因数可以表示为收稿日期：2007-10-1

5、2．作者简介：马长啸(1982一)，男，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生维普资讯http://www.cqvip.com10电力科学与工程2008定DD∞夯韧)式中P-为电动机从电网中吸收的有功功率；P为回C0·C馈到电网的有功功率；Q为电动机从电网吸收的感性无功功率；Qr为逆变器从电网吸收的感性无功功率。图3纯电感特性运行图4正阻特性运行由(1)式可以看出，应用斩波器的内反馈串DID级调速系统虽然固定了逆变角，但由于需要留有l裕度，一般为30。，这样逆变侧还会吸收大量的C0-C感性无功功率。而且当

6、电动机低速运行时，增大，系统功率因数会进一步的降低。图5纯电容特性运行图6负阻特性运行3PWM整流内反馈串级调速系统分析因此，在保证直流侧输出电压为恒定的情况下，就可以使交流侧输入电流和交流侧电压呈负阻将PWM整流器应用到内反馈串级调速系统特性或容性，即使Q产0或Q『=一Q，从而提高系统中，代替晶闸管逆变器，可以得到新型串级调速系统，如图2。的功率因数。4PWM整流器控制系统设计三相PWM整流器交流侧均为时变交流量，不利于控制系统设计。因此引进电机矢量控制的思想，通过坐标变换将a，b，c坐标系统换成以电网基

7、波频率同步旋转的两相坐标系d，q来解耦。这图2PwM整流式串级调速系统原理图样，经过坐标旋转变换后，a，b，c轴中的基波正弦变量转化为d，q轴中的直流变量，简化了控制PWM整流器是一种交、直流侧可控的四象限系统设计。其中，d，q轴中的g轴与电网电动势运行的变流装置。当以电网电动势矢量为参考时，矢量重合，则电网电动势矢量d轴分量P0。其通过控制交流电压矢量即可实现PWM整流器中g轴分量表示有功分量参考轴，d轴分量表示无的四象限运行。若假设l不便，因此lvLl=o~tltl也功分量参考轴。固定不变，在这种情况下

8、，PWM整流器交流电压三相PWM整流器由模型可描述为矢量端点运动轨迹构成了一个以ll为半径的圆。(2)当电压矢量端点位于圆轨迹点时，电流矢量J[J[Lpco+LRL-po+RL][II]+[VqJ比电动势矢量JE『滞后90。，此时PWM整流器网侧呈纯电感特性，如图3所示；当电压矢量端点丢(+Vqiq)=运动至圆轨迹点时，电流矢量J与电动势矢量JE『式中e由eq为电网电动势矢量的d，q分量；平行且同向，此时PWM整