斩波内馈与串级调速的对比

1、斩波内馈与串级调速的对比我公司是内馈调速的发源地、专利发明人单位，内馈产品已由80年代未第一代内反馈串级调速升级至97年研发的斩波内馈调速。内反馈串级调速的缺点移相控制是传统串级调速普遍采用的控制方法。控制目的是调节从转子抽出来的功率多少，从而实现无级调速。移相控制的优点是技术简单，成本低，但缺点却十分明显。主要有如下几个方面问题：1、人为地制造感性无功功率，使内馈电机激磁电流增大，运行恶化。移相控制的实质是通过改变逆变电流滞后电压的角度来调节功率，根据公式功率因数角3（即逆变角）在0-90之间变化，有功功率则相应改变。但3变化却必然产生无功功率，它是由人为地改变3而产生的。特别在调速告诉运行

2、区，3角接近90，无功功率非常大，这样就给电动机运行造成危害，它将使激磁电流剧增几倍至几十倍，如不采取措施，电动机将因过流而烧毁。为了解决这个问题，无奈只有采取内补偿，也就是用容性无功功率补偿逆变器产生的感性无功功率。不过内补偿的作用也是有限的，同时带来一些新的问题（1）无法做到合理补偿。因为逆变器产生的无功功率是随调速而变化的，而内补偿的容量是固定不变的，所以两者不可能完全抵消，于是出现了过补偿或欠补偿。在补偿功率大于逆变器无功功率时出现过补偿，很容易产生振荡，发生过电压，这对电动机运行十分危险。当补偿功率小于逆变器无功功率时，出现欠补偿，没有完全抵消感性无功的负面影响，电动机功率因数仍然很

3、低。（2）补偿电容极易损坏。由于内馈绕组电压会有丰富的谐波，对补偿电容危害极大，为此需加设串联电抗器来抑制谐波电流。但电抗器和补偿电容串联又容易形成谐振，即使工作正常，电容器的工作电压也明显高于电源电压，电容器容易损坏，造成逆变器不能工作，降低了系统可靠性。2、谐波分量大移相控制的逆变电流也就是转子电流，强度很大，其波形为方波状，但含有丰富的谐波成分，由于电流大，谐波也高，对电动机和电网影响较大。3、可靠性差有源逆变器的可靠性是至关重要的，稍有不慎即可引起严重短路。其中主要是触发脉冲故障。由于电子线路产生出发脉冲，又要可移动（移相触发就是指脉冲的移动），所以可靠性差。原因是移动要求快速响应，干

4、扰就容易侵入，可以说串级调速之所以可靠性差，大部分的故障都出现于此。4、逆变器容量大转子电流等于逆变电流是移相控制电路的特点，转子电流随负载增大而增大，其强度很大，因此内馈绕组的功率也很大。功率大不仅浪费材料，而且降低可靠性，功率越大，可靠性越低，控制难度越大。逆变器和内馈绕组功率虽然很大，但有功功率却很小，原因是无功功率占了很大部分，因此解决办法是从根本上降低无功功率。斩波内馈新技术斩波实际是变流主电路的数字控制。变流控制是交流调速的关键，关系到调速效率、功率因数、可靠性及其它技术性能，是近代交流调速研究开发的重点方向。斩波控制的目的是克服移相控制存在的缺点。实践表明，斩波控制不仅有效地解决

5、了移相控制的功率因数低、谐波畸变大等问题，同时，有源逆变器的最大容量可减小到电机额定容量的14.8%，而且触发脉冲被固定在最小逆变角处，不再移动，这样，就从根本上解决了最为头疼的有源逆变器可靠性问题。这种斩波电路巧妙地解决了晶闸管的关断问题，可靠性高，效率高，使内馈调速摆脱了移相控制的束缚，形成斩波+内馈的优化组合。znt-2000型斩波内馈调速产品与串级调速的性能对比：1、无逆变变压器，结构简单，体积小。2、效率约高5%，节电效果更显著。3、可靠性高，极少有逆变频覆故障。4、功率因数高，逆变器功率因数恒为0.9。5、谐波分量小，电流波形畸变小于5%，对电网污染小。除此之外，znt-2000型

6、产品还在控制性能上做了重大改进，主要有：（1）、具有自动软加速的转全速功能，使接触器寿命大大延长。（2）、具有调速软加速起动性能，进入调速电流无冲击。（3）、完善的各种保护，特别是电源瞬时停电也不会损坏晶闸管，这是目前国内外其它调速产品均未能解决的难题。（4）、可提供抗干扰的远方给定和自动恒压控制装置。（5）具有无机械传感的速度显示。（6）全数字、锁相环控制的脉冲电路，具有极强的抗干扰能力，可靠性高。波式内反馈调速与双馈调速在风机泵类节能应用的对比一、什么是双馈调速？它的主要特点是什么？双馈调速实际上是串级调速的变形,与普通串级调速所不同的是双馈采用交-交变频器取代了串级中的交-直-交变换器，

7、这样在电机转子功率的控制上就能够实现双向传输，也就是不但能实现串级的将转子功率部分馈出而使功率减小，而且能把电网功率馈入转子，使转子功率增大，故称双馈调速。双馈调速依然保持着串级调速的主体结构，典型特征就是仍然要保留外附的逆变变压器，而且甚至要由一台增加到三台。双馈在调速性能上最大的特点是能实现超同步调速即调速的最高转速可以高于电机的同步转速。此时要求转子不单要从定子获得功率，而且要从外附变压器，通过交-交变频器供给另外的功率，为了避免电机过载损坏，此时必须减小负载转矩。双馈的另外一个优点是可以通过交-交变频器向转子供给激磁功率，使电机功率因数提高。但这些优点都是以增大成本和技术复杂性而取得的

8、。一、双馈调速在风机泵类上应有的探讨风机泵类所以要求调速，绝大部分是以节能为目的，由于风机泵类负载特性，（平方转矩、功率与转速立方成正比）所决定，要达到节能，电机只得向下（降低）调速。因此，双馈的超同步优点，在风机泵类上是无法发挥的。双馈的第二个优点是功率因数高，而功率因数与节能并没有必然的联系，例如，转子串电阻调速的功率因数是很能高的，但大部分的转差功率消耗在电阻上，使调速效率大为降低，反而耗能。双馈的高功率因数是以技术复杂，成本加大为代价的，交-交变频器，全桥需要36只晶闸管，比串级调速多了解6倍，相应的触发控制亦要增多，技术复杂且维护困难。另外，双馈要使调速电机转子引出4或6条联线，而正

9、常的绕线电机只要3只，滑环、电刷的增多，不仅使制造工艺难度加大，而且更增大了故障率，维护量也明显增多了。双馈调速设备作为商品，由于成本和技术的因素，价格必然要较串级更要比斩波内反馈高，据初步了解，系统的总价平均要比斩波内反馈高2040%，冷静分析，为了获取一个功率因数指标而花费如此代价实有得不偿失之嫌。二、斩波内反馈与双馈对比斩波内反馈调速是专门为风机泵类调速而设计的新型交流调速产品。其典型特点有：1、调速效率高，比变频及双馈均要高出12%；2、结构简单，无外附变变压器；3、功率因数高，变流装置的功率因数恒为0.9左右；4、可靠性高；5、电机与普通绕线机全面兼容，（外形、安装尺寸、滑环等）；6

10、、价格较低；系统所以具有以上优点，得益于斩波控制与内反馈电机的有机结合，形成真正的机电一体化。斩波内反馈调速的功率因数如需进一步提高，实现对电机的补偿，可通过内补偿完成。这项业已成熟的专利技术，不仅成本低，运行可靠，而且还能滤除一定的谐波。详细资料请参阅我公司的资料理论与实践证明，斩波内反馈调速具有节能明显，价格较低，性能优越，可靠性高等优点，是目前高压、大中容量风机泵类值得重视的优选产品，希望各界用户及学术界能予以关注。 液力耦合器的模型与工作原理液力耦合器是一种利用液体介质传递转速的机械设备，其主动输入轴端与原传动机相联结，从动输出轴端与负载轴端联结，通过调节液体介质的压力，使输出轴的转速

11、得以改变。理想状态下，当压力趋于无穷大时，输出转速与输入转速相等，相当于钢性联轴器。当压力减小时，输出转速相应降低，连续改变介质压力，输出转速可以得到低于输入转速的无级调节。液力耦合器的功控调速原理与效率根据液力耦合器的上述特点，可以等效为图1所示的模型功率控制调速原理表明，传动速度的改变，实质是机械功率调节的结果。因此液力耦合器输出转速的降低，实际是输出功率减小。在调速过程中，液力耦合器的原传动转速没有发生变化，假设负载转矩不变，原传动的机械功率也不变，那么输入与输出功率的差值功率那里去了呢，显然是被液力耦合器以热能形式损耗掉了。因此，我们不能简单地认为液力偶合器调速是丢转，而实际是丢功率。

12、设原传动功率为pm1，输出功率为pm2，损耗功率则为液力偶合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深（转速越低）损耗越大，特别是恒转矩负载，由于原传动输入功率不变，损耗功率将转速损失成比例增大。对于风机泵类负载，由于负载转矩按转速平方率变化，原传动输入功率则按转速的平方率降低，损耗功率相对小一些，但输出功率是按转速的立方率减小，调速效率仍然很低。液力耦合器的调速效率曲线如图2所示，平均效率在50%左右。电磁滑差离合器的功控调速原理与效率电磁滑差离合器是一种电磁的机械传动耦合器，通常由主动和从动两个部分构成，主动部分是由铁磁材料制成的圆筒，称为电枢。从动部分也由同样材料制成，称为磁极，在磁极上嵌放

13、有励磁绕组，绕组的引线接于集电环上，通过电刷与直流电源联接，调节励磁电流的大小，即可改变磁极的磁场强度，于是改变从动部分的转速。电磁滑差离合器除了内部作用机理与液力耦合器有所区别以外，调速的原理完全相同，同样是损耗功率控制调速。调速所产生的损耗功率以热能形式消耗在滑差离合器内部，效率特性与液力耦合器一致。斩波内馈与变频调速的对比电力资源和水力资源供求矛盾日益突出，节电、节水已经成为我国经济发展的一项战略国策。节电、节水的关键是风机、泵类的调速经济运行。我国的风机、泵类耗电量占全国总动力耗电的43%以上，且绝大部分为恒速运行，只能靠调节风门、阀门或开、停数量来调节工况变化，效率只有30%，造成大

14、量的能源浪费。我公司董事长高级工程师屈维谦先生，经过18年的呕心沥血、刻苦研究发明了斩波内馈调速系统,并荣获国家专利,该系统最适合高压大中容量交流电机调速高效节能的风机和泵类。它填补了我国在这一领域的技术空白,各项技术指标达到国际先进水平，是当今世界新展现出来的一项新技术。特别是调速理论的创新，以p功率控制理论，替代了m转矩控制理论，为调速事业做出了巨大的贡献。斩波内馈调速不但适合国情，也同样适应国际市场。在全国各地已拥有20几家用户,运行可靠，节电显著，深受用户钟爱。一、内馈的特点、原理所谓内馈调速是一种将调速电机的部分转子功率（即电转差功率）移出来，以电能的形式反馈给电机内部的调节绕组的特

15、殊调速方式，转子反馈给调节绕组的功率越多，轴功率输出就越少，转速就越低，反之，转子反馈给调节绕组的功率越少，轴功率输出的就越多，转速就越高，可见，从转子被移出的电转差功率是在转子调节绕组间循环往复传输的，循环效率为99.8%，不需要经过电源供给，这是内馈调速的最大奥妙之处。主要特点：1.理论新颖，技术先进，创立了功率控制理论（即p理论）。2.效率高，可达99.87%。3.结构简，占地面积小。4.电流波形谐波小，小于5%。5.价格廉，控制系统平均1000元/kw左右。二、斩波控制的特点1.斩波控制实质上是以数字控制取代了传统的移相控制。2.采用斩波有源逆变器的变流主电路，使系统具有最高的功率因数

16、和最小的电流畸变率。3.固定相位的有源逆变器，加上独创的特殊触发，同步电路，使逆变可靠性得到解决，无需相序调整及同步配相，无论何种相序都正确，而且逆变角自动恒定。4.采用继电器逻辑操作和控制，微机使运行更加可靠性。5.具有完善的各种保护功能，如过流、欠压、过压、失波、缺相、相序、瞬时停电、频敏等各种保护。6.具有自动软加速的转全速功能，使接触器寿命大大延长。7.具有调速软起动功能，进入调速电流无冲击。8.可提供抗干扰的远方给定和自动恒压闭环控制装置。9.具有无机械传感的速度显示。10.应用全数字锁相环控制的脉冲电路，具有极强的抗干扰能力和高可靠性。11.斩波主电路增加了dcl吸收电路，解决了关

17、断电压过充的难题，使斩波技术臻于成熟。三、变频调速的功率控制原理从功率控制角度观察，变频调速是典型的定子电磁功率控制调速。定子控制是间接控制转子的调速，由于定、转子电磁功率相等，而定子电磁功率pem=p1-p1（1）及p1=m1u1l1cos1（2）因此可以通过u1调节来改变定子电磁功率，而受转矩平衡方程式约束不能作为控制量。调速原理如图所示但单纯调压并不能实现定子电磁功率控制，原因是u1不但影响电磁功率，而且还作用于磁场，根据电机学，主磁通（3）如果单纯调压，u1降低m减小，而u1增大m受磁饱和限制不能增大，u1的减小将引起损耗功率急剧增大。设负载转矩不变，则电磁转矩亦不变（4）m减小将引起

18、定、转子电流同比增大，其损耗p1=m1i12r1（5）p1=m2i22r2（6）按电流平方律增大，结果形成增大转速降的调速。为了解决上述问题，应根据式(14)对u1进行解耦，即在调压的同时，正比地改变频率f1，使m=c保持不变。从而实现高效率的电磁功率控制调速。变频调速时，理想空载转速按n0随u1改变，此时同步转速n1随f1而变，且有n0=n1，但决定电动机转速的是n0而不是n1，下面将会看到，即使n1不变，n0也可随电磁功率改变。根据上述分析，恒转矩变频调速时，其充分条件是调压，必要条件是变频，调速的实质在于电磁功率控制。四、斩波内馈调速技术指标与变频调速的比较。1.价格低廉，只是变频调速的

19、1/21/3；2.运行可靠，连续无故障运行10000小时以上；3.效率高,99.87%变频调速94%；4.功率因数高cos=0.925.谐波污染小，电流畸变率小于5%，而且由于转子的隔离作用不会反馈至电网，无污染，是绿色环保产品。变频调速的谐波高达3040%，且直接污染电网，需加装滤波装置，电力部门才允许运行。6.控制功率小，由于是在转子侧实施调速控制，而转子电压较低，其控制功率只为电机功率的40-50%。变频调速是在电机网侧控制，直接承受电源电压，控制功率要大于电机功率,一般为（1.2-1.3）倍的电机功率。7.体积小，结构简单，变频调速系统庞大，高压变频调速一般为：高低或高低高系统，需配置

20、1-2台变压器及相应的高压开关柜，占地面积大，价格昂贵，效率低。而且均需进口，用国家外汇，维修也不方便。8.调速平均节能高达50%，变频调速平均节能只有40%。五、斩波内馈调速的可靠性与变频的比较1性能优秀的交流调速要求电机本身尽量充实调速的内因，而且要具有适应调速控制的功能。调速的内因不充分，如果全部依靠外部控制装置来补救，不仅困难重重、代价昂贵，而且有些问题无法实现。就是变频调速，也要求调速异步机有较大的改进，诸如绝缘、谐波、轴电流等问题，在高压电机调速上显得尤为突出，如不采取有效措施，将严重影响电机的工作和寿命。2电机控制原理的可靠性斩波内馈调速系统是基于异步电动机转子的电磁功率控制调速

21、，由于转子和内馈绕组都是低压的，因此控制装置回避了变频调速定子控制的电源高压问题。通常，调速控制装置的实际工作电压在200-400v之间，克服了电力电子器件耐压条件对高压异步电动机调速发展的限制，提高了电力电子器件在应用中的可靠性。3障兼容能力任何控制设备都不可能百分之百的可靠工作，提高系统可靠性的关键在于提高系统的故障兼容能力。斩波内馈调速装置与调速电机恒速运行装置成为并联关系，当调速控制装置意外故障时，自动保护装置可以自动将电动机切换成恒速运行，不至于造成电动机停运。此时电动机只是不能调速而已，可将故障影响缩小到最小限度。4斩波技术对可靠性的改善斩波技术除了提高调速系统的功率因数、降低谐波

22、分量之外，对系统的可靠性改善还起到至关重要的作用。首先，采用斩波技术使有源逆变器的控制脉冲不再移动，而是锁定在最小逆变角，因此，可以采取诸如锁相环等抗强干扰电路，使有源逆变器的触发脉冲非常可靠，基本解决了有源逆变器可靠性的一大技术难题。斩波技术同时还使有源逆变器的容量大为减小，对于风机泵类负载，容量可由移项控制的60%pe减小到15%pe，仅为前者的1/4，有源逆变器容量的减小，使逆变电流减小，从而减小换向重叠角，进一步提高了有源逆变器可靠性。斩波式内馈的突出技术创新是电机和控制。电机是调速的主体，内馈即是加强充实了电机调速的内因，斩波控制实质是以数字控制取代了传统的移相控制，可靠性大为增强。如下图：斩波内馈调速与其它交流调速的技术性能对比 总的来说，高电压大功率交流电机调速方式主要可以分为以下几种：1、斩波内馈调速系统是一种将调速电机的部分转子功率（即电转差功率）移出来，以电能的形式，反馈给电机内部的调节绕组的特殊调速方式。2、变频调速通过改变加到电机的电源频率和电压来进行的调速，是定子侧的电磁功率控制，最大优点是适合于鼠笼型电动机。调速效率较高，但高压控制时技术复杂、成本较高。3、串级调速是一种外馈式的转子电磁功率控制，与内馈式相比，基本原理相同，但系统结构