摘要：本文是针对全球能源匮乏，节能技术被广泛关注，急需新型高效交流调速方法而撰写的。本文重点介绍电机内馈调速原理，并对其控制方法进行了介绍，引进了电压型PWM整流电路和软开关技术。
关键词：电机内馈调速；PWM整流电路；软开关
1、内馈调速系统与原理
电机内馈调速是我国首创的一种新型交流调速方法，其系统如图1所示。
图1 内馈调速系统图
(1)内馈绕组
该系统突出特征是将附加电源内置于异步机内部，在定子上与原绕组同槽嵌放一个内馈绕组。此内馈绕组与原绕组只存在电磁感应，没有电传导联系。附加电势由内馈绕组受感应产生，在典型的低同步调速时，电转差功率
由转子引出，经控制装置传输给内馈绕组。此时，内馈绕组工作在发电状态，通过电磁感应抵消定子原边输入的多余电功率。电机调速时定子功率为
转子功率
由于内馈绕组发电功率
和电转差功率
近似相等，则
定子主要供给机械功率，不含电转差功率，从根本上克服了电转差功率无谓循环的缺点；另外，这种内馈调速方式使电转差功率封闭在电机系统之中，从根本上解决了外置附加电源的缺点。
(2)性能与特点
①避免
的无谓循环问题
电机内馈调速定子不吸收无谓功率，当内馈绕组工作在发电状态时，就抵消定子电转差功率，其吸收功率为
，若忽略损耗,与机械功率相等。
②回避定子高电压问题
电机内馈调速采用转子控制，有效利用异步机变压器机理，避开高压问题，实现高压电机低压控制，既降低成本，又提高可靠性。
③分布短距、电磁隔离有效抑制定子谐波电流
电机绕组分布和短距，对谐波抑制非常有效。另外，利用漏抗对谐波的高阻，可减小谐波电流。内馈调速控制装置分别与转子和内馈绕组联接，与定子没有电的直接联系，转子及内馈绕组与定子均存在较大漏抗，因此对谐波产生较大抑制作用。
④调速范围与精度
内馈调速下限转速取决于
。当
越接近
时，下限转速越低，特别是
时，调速范围为无穷大，电机自起动便进入调速状态。调速精度主要取决于速度闭环调节性能优劣，对于调速精度较高场合，内馈调速采取速度闭环控制，以达到实际应用的需求。
2、内馈调试的斩波控制原理
图2所示的斩波控制电路是在逆变器NB两端并联斩波开关。斩波器对功率的控制是通过改变电流平均值来实现的。斩波器通常以恒频调宽方式工作，在电流连续条件下，斩波电流和反馈电流互补。
图2 斩波式逆变器原理及等效电路
斩波电流产生机械功率，逆变电流产生电转差功率。设斩波开关导通时间
，周期T，则斩波电流平均值为
令 
， 称为占空比。
则
逆变直流电流值为：
控制斩波开关导通时间
就改变了占空比，也就改变电机的机械功率和转速。
如果从逆变器输出角度观察，转速与
关系为
由于改变占空比即可控制反馈功率
，由此实现转速控制。
2.1 改进型内馈调速的斩波控制
随着科学技术的发展，特别是电力电子中大功率全控型器件的不断出现，使传统斩波电路不足得以改善。首先将不控整流改为电压型PWM整流，减少谐波污染，提高功率因数。具体控制电路如图3。
图3 改进型斩波控制电路原理图
改进型斩波控制电路由三相电压型PWM整流器、平波电抗器、零电压转换PWM电路和三相有源逆变器构成。内馈调速斩波控制整流部分采用三相桥式PWM整流电路，若对电路进行SPWM控制，在桥的交流输入端a、b、c可得到SPWM电压，对各相电压的相量图进行控制，就可以使各相电流
、
、
为正弦波且和电压us相位相同。
为使PWM整流电路在工作时功率因数近似为1且无谐波污染，多用直接电流控制的系统。图4为最常用的采用电流滞环比较方式的控制系统结构图。
图4 直接电流控制系统结构图
系统外环PI调节器的输出为直流电流信号 ， 分别乘以和a、b、c三相相电压同相位的正弦信号，就得到三相交流电流的指令信号 、 、 。因此， 、 、 就和各自的电源电压同相位，其幅值和反应负载电流大小的直流信号 成正比，这就是整流器作单位功率因数运行时所需要的交流电流指令信号。该指令信号和实际交流电流信号比较后，通过滞环对各开关器件进行控制，便可使实际交流输入电流跟踪指令值，其跟踪误差在由滞环环宽所决定的范围内。
采用滞环电流比较的直流电流控制系统结构简单，电流响应速度快，控制运算中未使用电路参数，系统鲁棒性好，故采用此系统。
2.2 斩波器引进软开关技术
由于斩波内馈调速中斩波频率很高，开关损耗和开关噪声较大，因此，斩波内馈调速中斩波器可用IGBT代替晶闸管。软开关是通过在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而减小甚至消除开关损耗。同时，谐振过程限制了开关过程中电压和电流变化率，使开关噪声显著减小。斩波内馈调速中斩波器采用零电压转换PWM电路，电机内馈调速中斩波器的改进，用全控型器件代替半控型器件，缩小了斩波器体积，简化了关断电路。引进软开关技术，降低了开关损耗和开关噪声，使进一步提高斩波频率成为可能。
参考文献
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[4]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].机械工业出版社.
论文作者:时雪丽,董小嘉,张景佐,冯璐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
标签：电流论文; 绕组论文; 功率论文; 定子论文; 斩波器论文; 电机论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第7期论文;