交流电动机串级调速技术

绕线转子异步电动机用转子串接电阻、分段切换可进行调速，此法调速与节能性能都很差。采用转子回路引入附加电动势，从而实现电动机调速的方法称为串级调速。晶闸管串级调速是异步电动机节能控制广泛采用的一项技术，目前国内外许多著名电气公司均生产串级调速系列产品。它的工作原理是利用三相整流将电动机转子电动势变换为直流，经滤波通过有源逆变电路再变换为三相工频交流返送电网。

串级调速主电路如图2－12所示，逆变电压Udβ为引入转子电路的反电动势，改变逆变β即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。Ud是转子整流后的直流电压，其值为

图2－12　串级调速主电路原理

式中，E20为转子开路线电动势（n＝0）；s为电动机转差率。

当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，则整流电压Ud 与逆变电压Udβ 大小相等、方向相反。当逆变变压器T 二次线电压为U2l时，则

所以

上式说明，改变逆变角β的大小即可改变电动机的转差率，实现调速。其调速过程大致如下。(www.xing528.com)

启动：接通KM1、KM2接触器，利用频敏变阻器启动电动机。对于水泵、风机等负载用频敏变阻器启动，对矿井提升、传输带、交流轧钢等可直接启动。当电动机启动后，断开KM2，接通KM3，装置转入串级调速。

调速：电动机稳定运行在某转速，此时Ud＝Udβ，如β增大则Udβ减小，使转子电流瞬时增大，致使电动机转矩增大、转速提高、使转差率s 减小，当Ud 减小到与Udβ 相等时，电动机稳定运行在较高的转速上；反之减小β值则电动机转速下降。

停车：先断开KM1，延时断开KM3，电动机停车。

通常电动机转速越低返回电网的能量越大，节能越显著，但调速范围过大将使装置的功率因数变差，逆变变压器和变流装置的容量增大，一次投资增高，故串级调速比宜定在2∶1 以下。

逆变变压器均采用/D 或D/连接，大容量装置采用逆变桥串、并联12 脉波控制，有利于改善电流波形，减小变流装置对电网的影响。其二次电压U2l的大小要和异步电动机转子电压值相互配合，当两组桥路连接形式相同时，最大转子整流电压应与最大逆变电压相等，即

式中，smax为调速要求最低转速时的转差率即最大转差率；βmin为电路最小逆变角，为防止逆变颠覆通常取30°。

逆变变压器T 容量为

式中，Pn为电动机额定功率。

上述晶闸管串级调速的缺点是功率因数低，产生的高次谐波影响电网质量。由于全控电力电子器件的使用，斩波式逆变器串级调速开始应用，它不仅能大大降低无功损耗，提高功率因数，减小高次谐波分量，而且线路比较简单。