內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)直流回路穩(wěn)態(tài)特性分析
王兵樹，張曉東，曲通，蔚培霞
(華北電力大學(xué)，河北保定07l003)
摘要：根據(jù)直流回路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將直流回路分成兩部分進(jìn)行分析，分別給出穩(wěn)態(tài)時(shí)整流直流回路電壓電流的計(jì)算公式和逆變直流回路電壓電流的計(jì)算公式，推導(dǎo)出直流回路中電流與調(diào)速系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的關(guān)系。由直流回路電壓電流計(jì)算式，進(jìn)而推出內(nèi)反饋斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線；并且分析了直流回路中各個(gè)電抗器的作用以及對(duì)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的影響。
關(guān)鍵詞：內(nèi)反饋電動(dòng)機(jī)；串級(jí)調(diào)速；斬波；穩(wěn)態(tài)特性；機(jī)械特性
中圖分類號(hào)：tm343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004—7018(2010)01—0034—03
0引 言
近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，串級(jí)調(diào)速技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)作為新型的串級(jí)調(diào)速技術(shù)也越來越受到人們的關(guān)注。
目前，國內(nèi)對(duì)于串級(jí)調(diào)速電機(jī)的研究依然停留在20世紀(jì)80年代的可控硅串級(jí)技術(shù)階段，而對(duì)于內(nèi)反饋斬波串級(jí)調(diào)速電機(jī)的研究還有待于進(jìn)一步深入，許多電動(dòng)機(jī)企業(yè)和科研院所依舊以可控硅串級(jí)技術(shù)為藍(lán)本進(jìn)行內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)的設(shè)計(jì)與研究。但是由于內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速有較大差別，因此研究分析內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)的直流回路穩(wěn)態(tài)特性對(duì)于更好地研究、設(shè)計(jì)與改進(jìn)內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)的性能有很大的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。
本文從內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，將直流回路分為整流回路和逆變回路兩部分分別進(jìn)行討論，分別給出了直流回路中各個(gè)電壓電流在穩(wěn)態(tài)時(shí)的表達(dá)式，并且推導(dǎo)出機(jī)械特性曲線的計(jì)算公式，進(jìn)而分析了直流回路電抗器對(duì)機(jī)械特性的影響。這為工程上更好地研究和設(shè)計(jì)內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)提供了可靠的理論依據(jù)。
1內(nèi)反饋斬波串級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)工作原理
內(nèi)反饋電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中。它利用電機(jī)繞組多重化技術(shù)，在異步電機(jī)的定子鐵心上增設(shè)了一套繞組，該繞組主要用來接受從轉(zhuǎn)子反饋回來的能量以實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，通常稱其為調(diào)節(jié)繞組，而將原來定子繞組稱為主繞組。
內(nèi)反饋斬波串級(jí)調(diào)速電機(jī)工作原理圖如圖1所示，系統(tǒng)由內(nèi)反饋電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子整流器、平波電抗器、igbt斬波器、電容、晶閘管逆變器組成。
在內(nèi)反饋斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)igbt斬波器接通時(shí)，轉(zhuǎn)子整流器被短接，電機(jī)相當(dāng)于在短路下工作；當(dāng)igbt斬波器斷開時(shí)，電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速接線下工作，因此，通過改變igbt斬波器的占空比可以改變附加電勢(shì)的大小，以達(dá)到調(diào)逮的目的。
2直流回路電壓電流分析
直流回路由轉(zhuǎn)子整流器、igbt斬波器和反饋繞組逆變器組成。為了便于分析，將直流回路分成轉(zhuǎn)子整流直流回路和反饋繞組逆變直流回路兩部分考慮。
2．1轉(zhuǎn)子整流直流回路電壓電流分析
轉(zhuǎn)子整流回路包括轉(zhuǎn)子繞組、二極管整流器、平波電抗器l1、igbt斬波器和電容電壓，等值電路如圖2所示。
轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過整流器后不再是正弦波形，而是近似地由持續(xù)時(shí)間為2π/3的交變方波脈沖組成，如圖3所示。如果斬波器頻率很高，以及平波電感很大，那么整流電流在忽略疊加脈動(dòng)時(shí)基本可以看作直流，并且平均整流電流，id與轉(zhuǎn)子電流i2有如下關(guān)系[4]：
式中：s為內(nèi)反饋調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)差率；e2d為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的額定相電勢(shì)。
轉(zhuǎn)子電勢(shì)經(jīng)三相橋式整流電路的空載整流電勢(shì)波形如圖4所示。
由圖4的波形可推導(dǎo)出三相橋式整流電路空載整流電勢(shì)的平均值ud：
考慮到內(nèi)反饋電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中存在電阻與漏抗根據(jù)文獻(xiàn)[5]可知，轉(zhuǎn)子整流器輸出電壓ud0[5]:
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