[其他]一種節能高功率因數串級調速裝置

無效

• 申請號: 87216299
• 申請日: 1987-12-16
• 公開（公告）號: CN87216299U
• 公開（公告）日: 1988-08-31
• 發明（設計）人: 諸祖同;洪定國;吳小鳴
• 申請（專利權）人: 北京鋼鐵學院
• 主分類號: H02P7/62
• 分類號: H02P7/62
• 代理公司: 北京鋼鐵學院專利代理事務所
• 代理人: 劉建民

本新型屬工業用交流調速裝置

工業用交流調速裝置是降低能耗、提高經濟效益所廣泛應用的一種節能裝置。在國外，尤其是在發達國家，目前多采用鼠籠型調速裝置。此種裝置既可節能，又可提高功率因數，使功率因數COSφ達到0.5－0.9以上，但其技術復雜，成本較高，維護不便。在我國由于大功率電子器件制造尚未過關，難以采用鼠籠型調速裝置，而對繞線型電機采用串級調速裝置。串級調速裝置雖可節能，但由于功率因數過低（COSφ一般只有0.4－0.5），使其推廣應用受到很大限制，而難以達到節能目的。

我國目前的風機泵類負載占全國用電量的大約30％，采用調速裝置可使能源利用率提高1－2倍，足見提高串級調速裝置的功率因數，克服推廣串級調速裝置的障礙，具有多么重要的經濟意義。

基于上述目的，發明人在通常的串級調速裝置中的逆變器〔1〕上，并聯一個GTO元件，在逆變角β恒定情況下，通過脈沖寬度變化控制GTO導通時間即采用導通角τ變化的PWM控制，可顯著提高功率因數，簡化控制系統，在不增加裝置總容量的情況下，達到降低能耗、提高效益，使串級調速裝置得以廣泛推廣之目的。與此同時，還能對現已運行的串級調速裝置實施簡單易行的技術改造。

通常的串級調速裝置原理接線圖如圖1所示，它是由繞線型電機〔2〕與整流器〔3〕連接、逆變變壓器〔4〕與逆變器〔1〕連接、整流器〔3〕與逆變器〔1〕之間連一電感〔L〕并形成回路所構成。圖1中：1－逆變器，2－繞線型電動機，3－整流器，4－逆變變壓器L－電感，Pm－生產機械，P_B－逆變有功功率，P_W－裝置總有功功率，P₁－電機有功功率，I_W－裝置總電流，I₁－電動機電流，I_B－逆變電流，Q_B－逆變無功功率，Q_W－總無功功率，Q₁－電機無功功率，Id－轉子電流。

圖1中可控硅逆變橋是采用移相控制，逆變角β控制范圍為30－90°，當β＝30°時，逆變電壓u_β波形和逆變電流波形如圖2（a）、（b）所示，圖2（a）中u－電源電壓，wt－電角度，α－觸發角，β－逆變角，5－電源電壓波形，6－逆變電壓U_β波形，圖2（b）中，7－逆變某相電流，wt－電角度，8－逆變電流基波波形。

逆變電流波形軸線滯后該相電壓波形軸線150°〔如圖2（a）、（b）所示〕。如忽略高次諧波，只計基波，逆變電流的相位滯后相電壓150°，如圖2（c）所示。圖2（c）中－電源相電壓向量，－逆變相電流向量，－逆變相電流有功分量，－逆變相電流無功分量。圖2（c）說明逆變電流中的有功分量為I_BP＝I_BSinβ，它是影響串級調速裝置功率因數較低的基本因素。

由逆變電壓平均值U_β與β的關系U_β＝－2.34U₂COSβ（U₂為變壓器的負邊電壓）可以看出，電機轉速的控制是通過改變逆變角β來改變逆變電壓U_β預以實現。

當改變β角時，逆變電流I_B大小不變（設在恒負載轉矩時），但相位改變，如圖3電流向量圖中所示。圖中－電源相電壓向量，_B－逆變相電流向量，_W－裝置總電流向量，_I－電機電流向量，φ－功率因數角。當β在30－90°范圍內變化時，_B端點軌跡為弧，裝置總電流_W端點軌跡為。由此可以看出，串級調速裝置總電流_W的功率因數是很低的，一般COSφ只有0.4－0.5。

發明人所發明的新型節能高功率因數串級調速裝置的主要技術特征在于通常串級調速裝置的逆變器〔1〕上并聯一個GTO元件，在逆變角β恒定，最佳值為β＝±30°狀態下，通過改變脈沖寬度控制GTO導通時間亦即采用導通角τ的PWM控制來改變逆變電壓，以控制電機轉速。本發明的原理如接線圖4所示，圖中除逆變器〔1〕并聯的GTO元件之外，其余標志含義如同圖1。