SEC系列高频斩波串级调速系统Word文档格式.docx
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目前公司主要产品为SEC系列高频斩波串级调速系统。
公司的技术人员在经典串级调速理论基础上，应用现代电机技术、电力电子技术和计算机控制技术的先进成果，研制出高效节能型机电一体化的新一代高科技产品，即SEC系列高频斩波串级调速系统。
使得传统串级调速技术焕发了新的生机，得到了广泛的应用。
该产品具有优良的调速性能和高节能率，适合于高压大中型电机调速节能应用。
范围包括了3KV、6KV、10KV电压等级，220KW~5400KW电机容量，4~24极电机极数的高压电机。
可广泛地应用于电力、水利、水处理、供水、城市供热、冶金矿产、港口机械、石油化工等工业领域中的风机、泵类及其他类负载的节能调速。
第一章串级调速基本原理
1.1异步电动机调速的基本方法
三相异步电动机的转速为：
n=（1-s）N=（1-s）60f/p（1-1）
其中：
n为电机实际转速
N为同步转速
s为转差率
f为电源频率
p为电机极对数
由电机的转速表达式可以看到,改变电机转速的办法有以下三种：
改变电机极数P，改变供电电源频率f和改变电机转差率s。
1.1.1变极调速。
电机的转速与电机的极对数成反比。
因此，通过改变电机定子绕组的接线方式，或在定子槽内嵌放几套不同极对数的独立绕组，使电机运行在不同的极对数下，便能得到不同的转速。
这种调速方式原理简单，但只能逐级调速，不能实现平滑无级调速，且电机制造与接线变得复杂。
一种典型的变极接线方式如图1-1所示。
图1-1.变极调速
1.1.2变频调速
由式（1-1）可以看出，改变供电电源频率便可改变异步电动机的同步转速，从而改变电动机转子的转速。
变频调速就是在供电电源和电机定子间加入一变频装置,将50Hz工频电源变成频率和电压可调的电源后给定子供电。
变频调速具有适用范围广、调速范围较大、有好的调速平滑性与硬机械特性的特点，因此，得到了较为广泛的关注和应用。
其典型原理如图1-2所示。
图1-2.变频调速
1.1.3变转差率调速
转子串附加电势调速,即串级调速,属变转差率调速。
在转子回路中串入可吸收电功率的附加电动势，通过改变附加电动势的大小和相位，来达到改变转子电流,电磁转矩和转速的目的,转速在低于同步转速以下调整,同时将转子回路的转差功率回收，达到高效节能目的。
串级调速原理见以下图1-5、1-6、1-7所示.
1.2串级调速的基本原理
由于电机的电磁转矩：
（1-2）
为转矩常数
为磁通
为转子电流
为转子功率因数
可见电机转矩与转子电流成正比。
转子电流为：
（1-3）
为转子感应电势
为转子电阻
为转子电抗
s为转差率
当在转子回路引入附加电动势时
（1-4）
此时，电机等效电路可表示为：
图1-3.转子串入等效电势时等效电路
为定子电压
为定子电阻
为定子电抗
为激磁电阻
为激磁电抗
为折算至定子侧的转子电阻
为折算至定子侧的转子电抗
当附加电势与转子电势反相并增大时，电机转速下降并调整的过程如图1-4所示。
当机械转矩与电磁转矩平衡时,电机稳定在新的转速。
图1-4.转子串入等效电势时降速调速过程
1.3传统串级调速
传统串级调速是将电机的转子回路通过串级调速控制装置及逆变变压器与电网连接。
为了便于在转子回路中串入合适的附加电势,往往将转子交流整流成直流,在直流回路中串入可变直流电势来实现。
装置将转子三相交流整流成直流并平波后,由有源逆变器提供串入的直流反电势同时将转子转差功率再逆变为工频交流,通过逆变变压器回馈至电网吸收。
等效电势大小的调节是通过调整逆变器的逆变角（移相触发）来实现的。
其原理如图1-5所示：
图1-5传统串级调速原理
1.4现代串级调速
由于传统串级调速是通过调整逆变器的逆变角（移相触发）来实现对等效反电势的调节的。
这种移相触发的方法存在着功率因数低及可靠性差的缺点。
现代串级调速则把逆变角固定下来并设在最小值，产生一恒定的附加直流反电势,等效电势大小的调节由斩波器来完成。
通过调节斩波器导通时间与斩波周期的比率（即占空比或PWM调制脉宽），来改变串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转子电流和转差率，达到调节电机转速的目的。
当使用逆变变压器将转差功率吸收并回馈至电网时，称为外反馈式串级调速，其原理如图1-6所示。
如在电动机定子绕组嵌槽中同槽嵌放一个反馈绕组,则定子铁芯中的反馈绕组和定子绕组构成并代替了逆变变压器，将转差功率通过反馈绕组及定子绕组吸收并回馈至电网，这称为内反馈式串级调速，其原理如图1-7所示。
加有反馈绕组的电机称为内反馈电动机。
由于通过增加内反馈绕组而省去了逆变变压器，同时也节省了相关的电气设备，使整个系统更为紧凑、简单。
图1-6现代串级调速原理（外反馈式）
图1-7现代串级调速原理（内反馈式）
1.5现代串级调速技术的主要优点
现代串级调速技术具有其突出的优点，主要包括：
●调速范围宽，无级，平滑。
●具有良好的硬机械特性。
●串级调速是在电机转子侧施加控制，因而:
-其控制电压低,仅几百伏至一千多伏、
-变流装置控制容量小,对于风机、泵类负载，总控制容量仅为电机额定容量的14.815%。
-串级调速装置自身功耗小，比变频调速低2至4百分点，因而效率最高。
-因变流容量小,变流发生在转子一侧,因而谐波分量小。
-因变流容量小,变流电压低,装置可靠性高。
-调速系统简单，尺寸小，占用场地少。
●最新斩波技术的采用，使其功率因数、调速范围、调速精度等指标明显提高。
●由于串级调速使用绕线式电机，能够有效控制电机起动电流。
●内反馈式高频斩波串级调速系统，省去了逆变变压器及相关电气设备，使得系统更为简单。
第二章SEC高频斩波串级调速系统构成
SEC系列高频斩波串级调速装置可根据用户的需要构成外反馈式或内反馈式调速系统。
外反馈式调速系统由高频斩波串级调速控制装置、绕线式电动机、逆变变压器及相关设备和远方控制单元组成。
内反馈式调速系统由高频斩波串级调速控制装置、内反馈绕线电动机和远方控制单元组成。
内反馈式高频斩波串级调速系统的组成如图1-9所示。
图2-1SEC高频斩波串级调速系统构成
其中,远方控制单元为运行人员提供在远方控制室内的运行参数监视、故障报警监视及运行调整操作。
可根据用户的需要设计为不同的方式，如控制柜、控制台、控制面板或DCS控制画面和接口。
内反馈电机及SEC系列高频斩波串级调速控制装置的介绍见第三章及第四章。
第三章内反馈交流调速
三相异步电动机
3.1基本原理
内反馈交流调速三相异步电动机，是根据内反馈式串级调速原理设计、制造的调速电机。
并已成为大型电机生产厂家的定型系列产品。
该电机机座、机高等均与同容量标准绕线电机相同，性能指标均按普通电机国标制造。
其内反馈绕组与定子绕组同槽嵌放，当系统工作在调速状态时，调速装置中的有源逆变器通过内反馈绕组，将转差功率回馈至电网，替代了传统串级调速的逆变变压器及相关的电气设备,结构更紧凑合理。
由高频斩波串级调速装置与内反馈调速电机构成的内反馈式串级调速系统，既具有优良的无级调速特性，有效地抑制了谐波对电网的污染，又可取得更高的节能效果。
3.2主要用途
本电机配以调速装置后，适用于拖动水泵、风机的大、中型电机的节能调速，也适用于其它类型转矩负载的拖动，具有显著的节能效果。
内反馈电机除作调速运行以外，还可作普通绕线式异步电机使用。
作普通绕线式异步电机使用时，电机的各项性能指标均不低于同类绕线式异步电机的国家标准。
3.3技术指标
●内反馈电机机座、机高等均与同容量标准电机相同，除内反馈绕组外，性能指标均按普通电机国标制造。
●内反馈式调速三相感应电动机技术参数：
以设计为准。
●绝缘等级：
BF
●防护等级：
GB4208-1993《外壳防护等级》中规定的防护等级
●环境温度：
-5℃--40℃
●中心高尺寸误差±
1mm。
●严格控制的电刷和滑环制造工艺和材料，保证了其长期使用的可靠性。
第四章SEC系列高频斩波串级调速装置
4.1基本原理及构成
SEC系列高频斩波串级调速控制装置是公司最新推出的新一代串级调速控制装置。
该装置主要组成见图4-1，系统主接线原理如图4-2所示。
图4-1.高频斩波串级调速装置原理框图
图4-2SEC高频斩波串级调速装置主回路图
4.1.1启动单元。
启动单元由频敏变阻器PF、接触器1KM、接触器2KM构成。
大型电动机启动时产生较大的起动电流,对电网造成较大的冲击。
为减小起动电流，使电机平稳起动，在高频斩波串级调速装置中，加设了自动切换的起动装置。
在电机起动时，1KM闭合，2KM打开，电机转子回路串入三相频敏变阻器PF。
频敏变阻器的电阻与流过电流的频率成正比关系，当电机起动时，电机转速为零，转子电流频率最高，为工频频率，此时频敏变阻器阻值也较高，从而限制了起动电流。
随着电机转速的增加，转子电流频率逐渐减少，频敏变阻器阻值也随之减小。
当电机转速升高到定子电流低于设定的允许值时，装置自动将2KM闭合，切除频敏变阻器，电机转子回路经1KM短路,进入全速工作状态，完成起动过程。
4.1.2整流单元
整流单元为三相全波整流，将转子回路三相交流变为直流,以便对转子回路施加串直流电势控制。
4.1.3斩波单元
电路工作时，逆变器的逆变角恒处于最小逆变角βmin处不变，逆变器提供了恒定的直流反电势。
转子回路附加电势调节由IGBT斩波开关来完成。
斩波开关以恒频调宽方式工作，即工作频率一定，而开关导通时间可调。
这样，通过调节斩波开关导通时间与斩波周期的比率（即占空比或PWM调制脉宽），便改变了串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转子电流，达到调节电机转速的目的。
由于采用了可自关断的大功率电子器件IGBT作为斩波器件，使得斩波频率进一步提高，直流电流更为平稳，系统更为紧凑,体积更小。
4.1.4逆变单元
逆变部分为三相全桥有源逆变器。
装置工作于调速状态时，将经斩波控制后的转差功率逆变为三相工频交流送至内反馈绕组或逆变变压器。
逆变触发角固定为最小允许值，克服了传统的移相触发对触发脉冲和换相要求严格、脉冲移动范围大、抗干扰能力差、易颠覆、功率因数低等缺点。
同步信号取自内反馈绕组或逆变变压器的电压信号，具
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