高頻斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分析

　　1 引言

　　串級(jí)調(diào)速是一種經(jīng)典的高效節(jié)能調(diào)速方案，而高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是在傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速理論基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的先進(jìn)成果而產(chǎn)生的新一代高效調(diào)速技術(shù)。該技術(shù)以控制轉(zhuǎn)子低電壓回路進(jìn)而控制高壓電機(jī)，以變流轉(zhuǎn)差功率進(jìn)而控制大功率電機(jī)，并以高頻斬波器實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制替代傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的逆變角調(diào)節(jié)，具有控制容量小、控制電壓低，調(diào)速性能優(yōu)良和節(jié)能效率高、諧波功率小，裝置尺寸小，運(yùn)行條件寬松等優(yōu)點(diǎn)，在高壓大容量電機(jī)節(jié)能調(diào)速上具有突出的優(yōu)勢(shì)。

　　在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，常需進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究，以獲得指導(dǎo)性結(jié)論或?qū)こ逃?jì)算參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。在仿真技術(shù)中，常采用的數(shù)學(xué)模型形式有：傳遞函數(shù)、開關(guān)函數(shù)或狀態(tài)方程等。而三相交流異步電機(jī)和調(diào)速裝置中的電力電子器件都是高度非線性系統(tǒng)，用解析方法難以得到詳盡的描述。

　　為此，在MATLAB/Simulink環(huán)境下利用SimPowerSystem工具箱進(jìn)行交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模和仿真研究。并且采用封裝技術(shù)將仿真模型按實(shí)際系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)建立子系統(tǒng)，整個(gè)仿真模型結(jié)構(gòu)清晰，而且仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型能反映實(shí)際系統(tǒng)的特性，可信度很高。

　　2 斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

　　2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　交流調(diào)速系統(tǒng)如圖1所示，主要由三部分構(gòu)成：繞線式異步電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)環(huán)節(jié)和串級(jí)調(diào)速控制裝置。

　　交流電機(jī)采用三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)。

　　啟動(dòng)環(huán)節(jié)由頻敏變阻器PF 和接觸器1KM 、2KM 、3KM 構(gòu)成，加設(shè)了自動(dòng)切換的接觸器，能減小起動(dòng)電流，使大型電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。

　　串級(jí)調(diào)速控制裝置由三相全波整流橋、IGBT 高頻斬波器、三相全橋有源逆變器和平波電抗器、隔離二極管、緩沖電容器等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的無(wú)級(jí)調(diào)速特性，有效地抑制了諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，取得更高的節(jié)能效果。

　　2.2 工作原理

　　串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本原理是在轉(zhuǎn)子側(cè)串入附加反向電動(dòng)勢(shì)Ef ，通過改變附加電動(dòng)勢(shì)的大小來(lái)改變轉(zhuǎn)子電流I2 ，從而改變電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。

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