[其他]绕线式感应电机变频同步调速方法及装置

说明书

发明所属技术领域：电气工程

本发明是从公知的应用于鼠笼电机交-直-交系统变频调速的基础上发展而来的。查阅了国内外1983年及以前有关专利文献、科技资料，未发现有类似的方法及装置，这些文献、资料见附录。

目前绕线式电机普遍采用的调速方法是Scherbius方式，它分为旋转式及静止式二种，也就是通常所说的串级调速，旋转式调速方法是转子接有电动-发电机组的方法;静止式调速方法是将电机定子接入电网，而转子由整流逆变装置供电，改变该装置可控硅的导通角，从而改变电机转速。超同步静止的Scherbius方式是目前世界上最新型的绕线式感应电机调速装置，其转子接入交交变频器，交-交变频器可控硅组的导通顺序是用分配器来控制，分配器是从电动机的转速中获得信号，通常应用高频调制式，它由安装在电动机主轴上的具有相同极数的小型绕线式感应电机组成，在这种调速方式中，当负载改变，转速发生变化，转子感应电势频率发生变化，转子供电的电源频率必须随时跟踪转子感应电势的频率与之同步地变化，为此必须从转子中获得信号。通常的调速装置存在调速比窄、功率因数低、必须附加分配器等缺点。

本发明是用于绕线式电机的变频调速方法，它不同于串级调速。接入转子的变频电源的频率不需要跟踪转子感应电势频率而变化，而是强迫转子进入“同步”状态，使转子的感应电势频率始终保持与外加电势频率一致，因此它无需分配器。显然当改变转子变频电源的频率，则改变了电机的转速。变频电源可以由电压源或由电流源逆变器完成。

这种方法及其装置的工作原理是在转子中通入三相交流变频电源，而定子通以三相额定工频电压，为防止接入电网时产生电流冲击采用频率、相位跟踪器，使电机进入“同步”状态，这种“同步”状态在理论上类似于同步机，而运行工况又与同步机迥然不同。改变变频电源的频率，电机的转速随之发生改变，电机转速n，电机极对数P满足n＝60（50-fr）/P关系式，当转子电源频率fr为50HZ时，此时电机转速为0;若fr＞50HZ时，电机反转;fr＜50HZ，电机正转;当fr＝0，则电机运行于同步状态（即电机转速等于旋转磁场转速）。若fr＜0，即变频电源的顺序相反，此时，电机处于超同步运行状态。

下面以电流型逆变器为例说明绕线式感应电机变频同步调速装置的结构。（见说明书附图），主电路由可控整流器1，直流电抗器2，逆变器3组成电流型变频逆变电源、逆变电源接入绕线式电机4转子，电机定子通过交流接触器C接入电网电源，在接触器C与电源间接入功率因数检测装置。

运行时，将逆变电源接入三相电源，此时电压取样装置9、10进行取样比较，经过频率相位跟踪器13控制电压频率转换器12。发出脉冲信号由脉冲分配放大器8去控制可控硅逆变器，使得逆变器3输出的电流频率及相位满足给定的要求。当转子通入电源符合规定要求时，频率相位跟踪器13给出合闸信号，使交流接触器C合闸。在合闸之前，速度调节装置17不起作用。合闸之后，调节电流给定装置16以控制移相触发器6发出触发脉冲，控制可控整流器改变变频电源的输出幅度，使电机进入同步调速运行状态。此时电机转速为0，同时频率相位跟踪器及使速度调节装置17进入工作状态，准备随时调节速度。一旦改变速度调节装置17的输出信号，即可根据需要调节电机运行速度。

在电机进入同步运行状态时，可根据外加负载的大小及要求，调节电流给定装置即能随意改变电机的轴端输出转矩，满足负载需要。

电机工作时，电流检测装置7进行反馈，可维持逆变电源的电流幅值不变。

在保证负载力矩需要时，可以根据电网情况进行功率因数调节。功率因数给定装置18及功率因数检测5进行比较组合后，进入信号组合装置15，对移相触发装置6进行控制，以达到功率因数自动调节之目的。

频率相位跟踪器13主要由频率跟随系统及信号转换装置组成，与电网电压取样10、转子电源在定子侧感应电势取样9共同作用保证定子接入电网时转子通入的频率相位与电网电压满足确定的关系，避免并网时产生电流冲击。

该调速方法与串级调速方法相比具有以下特点：

1）调速比宽，电机调速可以随意正反转，在理论上这种转速可以为任意大，由于元件参数、容量等影响，逆变电源输出频率存在上限，同时电机的机械特性的局限性，使得调速范围受到限制。

而一般串级调速不具有此特点。

2）速度精确，不受负载的变化而影响，通常的串级调速，包括鼠笼电机的变频调速其转速受负载的增大而下降。

3）电机的起动转矩及运行转矩可调。且调节方便。