轉(zhuǎn)子變頻與定子變頻的比較希望森蘭科技股份有限公司高壓營銷部呂海波目錄二、定子變頻原理一、轉(zhuǎn)子變頻原理三、轉(zhuǎn)子變頻與定子變頻對比四、國內(nèi)主要定子變與頻轉(zhuǎn)子變頻廠家一、轉(zhuǎn)子變頻原理介紹希望森蘭致力于中國變頻事業(yè)的新發(fā)展概述異步電機調(diào)速的幾種方式根據(jù)交流電機轉(zhuǎn)速公式n=60f*(1-s)/p可知通過改變定子電壓頻率,改變電機極對數(shù),改變轉(zhuǎn)差率S,都可以實現(xiàn)電動機的速度調(diào)節(jié)。

變極調(diào)速定子調(diào)壓調(diào)速異步電動機變轉(zhuǎn)差調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

變頻調(diào)速串級調(diào)速

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速調(diào)速方式

：1，變極對數(shù)調(diào)速這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變電動機定子極對數(shù)達到調(diào)速的目的。特點如下：具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；

無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低；有級調(diào)速，調(diào)速范圍有限，不能獲得平滑調(diào)速。2，定子調(diào)壓調(diào)速當改變電動機定子電壓時，可以得到一組不同的機特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。特點：由于電動機轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，調(diào)速范圍小。有轉(zhuǎn)差損耗，效率低3，繞線電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線電機串水電阻為轉(zhuǎn)子串電阻改良型。優(yōu)點：設(shè)備簡單，控制方便。啟動電流為Iq≤1.3Ie。缺點：屬于低效調(diào)速方式，轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的方式消耗掉；為給電解液散熱，因此需要大量的循環(huán)水；轉(zhuǎn)速波動大；水阻箱體一直帶電，安全性低；調(diào)速范圍有限，一般為20%～30%，但在實際使用中往往因為換熱器

功率不夠，或者循環(huán)水壓力等原因，調(diào)速范圍更低；在低轉(zhuǎn)速時往往因為水箱溫度超過報警溫度而停機；水阻調(diào)速因為震動等原因，在使用中容易漏液；由于長期高溫運行，水容易蒸發(fā)損失，容易造成干燒，造成轉(zhuǎn)子開路另外電解液有一定的腐蝕性，在長期高溫的情況下，將加速銅極板腐蝕因而造成水阻調(diào)速設(shè)備無法使用，故障率也相應(yīng)較高，維護、保養(yǎng)要求較高有級調(diào)速，機械特性軟4，串級調(diào)速在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電勢同頻率的附加電勢，通過改變附加電勢的幅值和相位實現(xiàn)調(diào)速。

串級調(diào)速主回路優(yōu)點：調(diào)速比較平滑，無極調(diào)速，調(diào)速范圍50%~95%，調(diào)速效率90%以上，較變頻調(diào)速效率低，成本。缺點：通過改變逆變器控制角度實現(xiàn)調(diào)速，功率因數(shù)

低，需加裝無功補償裝置，易受雷擊等電網(wǎng)波

動影響，發(fā)生逆變顛覆故障轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速原理

轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)原理圖1、轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速控制理論為了探求異步機調(diào)速的實質(zhì)，以及便于深入分析，應(yīng)首先建立異步機的物理模型。根據(jù)異步機的能量轉(zhuǎn)換與傳輸原理，異步機等效于圖1的功率圓模型。電動機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的設(shè)備。異步機的定子與電源相聯(lián)，從中吸收電功率P1，同時吸收感性無功功率建立旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的功能是將定子的電磁功率傳輸給轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子則將電磁功率轉(zhuǎn)化為機械功率，因此，旋轉(zhuǎn)磁場等效于聯(lián)接定轉(zhuǎn)子的功率傳輸通道，為與電傳導(dǎo)方式相區(qū)別，稱為感應(yīng)通道。主磁通是電磁感應(yīng)中極為重要的參數(shù)，可以形象地認為是感應(yīng)通道暢通與否的標志，為了保證感應(yīng)通道暢通，應(yīng)使主磁通保持設(shè)計伊始的常量，否則將使功率傳輸?shù)膿p耗增大，并且影響電機的轉(zhuǎn)矩性能。對于鼠籠型異步機，轉(zhuǎn)子電壓和電流是短路、封閉的，不能為外界所控制，因此，鼠籠型異步機轉(zhuǎn)子只有一個機械輸出端口。繞線型異步機的轉(zhuǎn)子則是開啟的，并受外部控制才能形成電氣回路，因此具有機械和電氣兩個輸出端口。轉(zhuǎn)速產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子，因此是調(diào)速的主要分析對象。根據(jù)力學原理，異步機的角速度其中：PM為異步機機械功率；(3)T為輸出轉(zhuǎn)矩。根據(jù)異步機的能量轉(zhuǎn)換與守恒，轉(zhuǎn)子的功率方程為(4)

其中：Pem為異步機轉(zhuǎn)子的電磁功率；轉(zhuǎn)子的損耗功率。因此，異步機輸出角速度表為(5)式中的(6)稱為理想空載角速度；(7)稱為角速度降。量綱變換后，有,

(8)式中的,(9)即為理想空載轉(zhuǎn)速；,

(10)為轉(zhuǎn)速降。

異步機的理想空載轉(zhuǎn)速表達為電磁功率與電磁轉(zhuǎn)矩之比，其含義是：在假定轉(zhuǎn)子無損耗的理想狀態(tài)下，異步機的全部電磁功率都轉(zhuǎn)化為機械功率所能獲得的轉(zhuǎn)速。由于這種假設(shè)只有在理想空載的條件下才能實現(xiàn)，故稱理想空載轉(zhuǎn)速。理想空載轉(zhuǎn)速取決于電磁功率，是異步機調(diào)速非常重要的參量。轉(zhuǎn)速降即為轉(zhuǎn)速損失，取決于損耗功率。按照公式（3），轉(zhuǎn)矩T似乎也應(yīng)該成為調(diào)速的控制參量，實際上是不可能的。電機穩(wěn)定運行必須遵循轉(zhuǎn)矩平衡方程式，即電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等。（11）負載轉(zhuǎn)矩是由機械負載本身性質(zhì)決定的，既不取決于電機性能也不取決于調(diào)速與否，電磁轉(zhuǎn)矩只能服從客觀存在的負載轉(zhuǎn)矩，不能隨意改變，否則，破壞了轉(zhuǎn)矩平衡方程式，電機將無法穩(wěn)定運行。由此可見，交流調(diào)速的實質(zhì)在于控制其機械功率，電氣上有電磁功率控制和損耗功率控制兩種原則。電磁功率控制改變的是理想空載轉(zhuǎn)速，機械特性為平行曲線，是高效率節(jié)能型調(diào)速；而損耗功率控制則是增大轉(zhuǎn)速降，機械特性為匯交曲線，是低效率的耗能型調(diào)速。調(diào)速性能取決于調(diào)速原理，選擇定子控制還是轉(zhuǎn)子控制，僅僅是對象的不同，并沒有本質(zhì)的區(qū)別。以上就是轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速控制原理。根據(jù)電機學原理，異步機轉(zhuǎn)子的電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩方程為（12）

（13）其中，轉(zhuǎn)矩系數(shù)（14）根據(jù)功率控制原理所得出的公式（6），異步機的理想空載角速度為

（15）中的電勢系數(shù)：（16）

換算成每分鐘轉(zhuǎn)速，同乘以，有（17）其中的轉(zhuǎn)子電勢系數(shù)

（18）表明異步機的理想空載轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子開路電勢E2成正比，與主磁通量成反比。至于電勢系數(shù)，在電機設(shè)計制造時已確定，可以當作常量，改變理想空載轉(zhuǎn)速可以通過：恒磁調(diào)壓方法。即，使主磁通不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓（電勢）。恒壓弱磁方法。即，使轉(zhuǎn)子電壓不變，減小主磁通。改變轉(zhuǎn)子電勢有電傳導(dǎo)和磁感應(yīng)兩種方法，電傳導(dǎo)方法用于轉(zhuǎn)子控制調(diào)速，其理想空載轉(zhuǎn)速為

（19）

感應(yīng)法用于定子控制調(diào)速，理想空載轉(zhuǎn)速則為

（20）公式（19）（20）物理意義鮮明，具有普遍性，實際上，變頻調(diào)速、串級調(diào)速、以及將介紹的轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速等高效率交流調(diào)速都是依據(jù)該公式實現(xiàn)的2、轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速控制原理轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速是基于轉(zhuǎn)子的電磁功率控制調(diào)速，其系統(tǒng)原理如圖2所示，

轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速控制原理圖

調(diào)速控制原理是：從轉(zhuǎn)子入手控制異步機的電磁功率，從而改變理想空載轉(zhuǎn)速。當轉(zhuǎn)子的部分功率被移出，總的電磁功率減小，理想空載轉(zhuǎn)速降低，是一種低同步調(diào)速系統(tǒng)。如果轉(zhuǎn)子通過電傳導(dǎo)另外得到的部分功率，總的電磁功率增加，理想空載轉(zhuǎn)速將超過同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)同步調(diào)速。這種能夠?qū)崿F(xiàn)兩個方向功率控制的系統(tǒng)，即可實現(xiàn)低同步和超同步兩種調(diào)速，稱為雙饋調(diào)速。利用此控制原理推導(dǎo)出的公式(19)，可以使轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速得到簡明、量化的分析。通過電傳導(dǎo)的方法在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)附加電勢Ef，可以改變轉(zhuǎn)子的合電勢，從而改變理想空載轉(zhuǎn)速。而磁通由定子電勢和頻率決定，故不改變。于是轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速實現(xiàn)恒磁通（即恒轉(zhuǎn)矩）的高效率的無級調(diào)速。應(yīng)該指出，改變理想空載轉(zhuǎn)速才是調(diào)速的關(guān)鍵所在，至于同步轉(zhuǎn)速改變與否并不重要。在串級調(diào)速中，理想空載轉(zhuǎn)速可調(diào)，而同步轉(zhuǎn)速不變，事實證明了理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速沒有必然的聯(lián)系。3、轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

主要由整流柜、斬波柜、逆變柜、（功率因素）補償柜、啟動柜、逆變變壓器組成。其典型的主回路圖如下：適用于普通繞線電機采用內(nèi)反饋電動機的轉(zhuǎn)子變頻主電路如右圖所示，繞線式異步電動機的定子內(nèi)嵌有與轉(zhuǎn)子最高逆變輸出電壓相適應(yīng)的內(nèi)反饋繞組，它具有轉(zhuǎn)子正反饋作用。被控制電動機的轉(zhuǎn)差功率直接回饋給電動機本身，增大了該電動機的出力，也節(jié)約了能源。此方案的原理基本上與上述適用于內(nèi)反饋電機典型的轉(zhuǎn)子變頻方案相同，但轉(zhuǎn)差功率不回饋入電網(wǎng)，當然也不需要升壓變壓器。二、定子變頻的原理希望森蘭致力于中國變頻事業(yè)的新發(fā)展受制于電力電子器件耐壓水平的限制，高壓變頻主回路拓撲結(jié)構(gòu)不像低壓變頻那樣具有統(tǒng)一的拓撲方式。目前國內(nèi)高壓變頻主回路比較常見的拓撲方式都是采用單元串聯(lián)多電平的方式。其主回路拓撲示意圖如下10kV高壓電經(jīng)過移相變壓器的降壓、移相、隔離輸送給各個功率單元，功率單元為三相輸入、單相輸出。當電機為10KV電壓等級時，每相有8個功率單元串聯(lián)組成，系統(tǒng)50Hz工作時每個單元輸出電壓有效值722V，8個單元輸出疊加到一起則得到相電壓5776V，三相輸出則得到線電壓10000V。每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用移相接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入電流諧波的目的，同時，變頻器輸入的綜合功率因數(shù)可達到0.96以上。逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt很小，從輸出電壓電平數(shù)上看，線電壓為33電平，這有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電動機發(fā)熱、噪音和轉(zhuǎn)矩脈動都大大降低，所以這種變頻器對電動機沒有特殊要求，可直接用于普通異步電動機。單元串聯(lián)高壓變頻主要由變壓器柜、功率柜、旁路柜及控制柜組成。單元串聯(lián)功率單元原理圖(機械式旁路)單元串聯(lián)功率單元原理圖(電子式旁路1——晶閘管)單元串聯(lián)功率單元原理圖(電子式旁路2——IGBT)第三章轉(zhuǎn)子變頻與定子變頻的對比定子變頻的優(yōu)點：1，調(diào)速范圍寬（0——100%）；2，能實現(xiàn)軟啟、軟停等各種功能；3，功率因數(shù)高；4，對電網(wǎng)適應(yīng)強，-35%——+15%；5，對電機種類沒有限制，適應(yīng)電機較廣；

6，開環(huán)調(diào)速精度優(yōu)于轉(zhuǎn)子變頻。缺點：1，使用元器件多，故障點多；2，變壓器容量為電機功率的1.25倍，占整個成本的40%；3，占地面積大；4，對環(huán)境要求較高。優(yōu)點：1，單體成本低，系統(tǒng)成本與高壓變頻器不相上下，有的更高；

2，容量小，使用的元器件少；3，占地面積小，對環(huán)境要求不高；4，工作電壓低于1000V，一般不超過1500V；缺點,1，無法實現(xiàn)電機軟啟，需額外配置軟啟設(shè)備；2，功率因素低；3，調(diào)速范圍窄，理論調(diào)速范圍只有50%——100%；4，只適用于繞線電機，受制于電機形式；5，開環(huán)調(diào)速精度差，響應(yīng)慢；