[发明专利]三绕组异步机串级调速的内补偿法

说明书

本发明属于电工领域，用于提高三绕组式异步机串级调速时的功率因数和效率，同时，进一步改善对电网的谐波污染。

可控硅串级调速的最大缺点之一是系统的功率因数很低，包括技术最为先进的内反馈可控硅串级调速，也存在同样缺点。过低的功率因数给串级调速系统造成较大的损耗，降低系统的调速效率，同时增大电网的负担，采用电源端补偿虽然能解决对电网的无功冲击问题，但却不能克服系统本身损耗大，效率降低的缺点。既使采取GTO式有源逆变器或强迫换流的特殊控制方式，也是如此。

本发明的目的在于提高内反馈可控硅串级调速的三绕组异步机功率因数，及进一步提高调速效率，同时减轻电网的谐波污染。从而有利于串级调速技术的推广应用。

图1为三绕组异步机串级调速的内补偿原理图。

图2为其简化知量图。

内补偿的原理与分析

在三绕组异步机的三次绕组端口接有电容补偿装置，由于电容电流'_C超前于三次绕组电势'₃90°电角度，因此，补偿了三次绕组中逆变电流'_N的感性无功分量，三次绕组的合电流′₃＝′_N+′_C，当电容补偿电流I′_C满足

I′_C＜2I′_NSinβ

时，电动机三次绕组的损耗减小，当

I′_C＝2I′_NSinβ时

三次绕组的损耗降低到最小，且功率因数Cosφ₃＝1，以上式中的Sinβ为逆变角的正弦值。

采用内补偿的方法较比在电源端施行补偿的方法（简称外补偿）具有很大的优点。

1：如前所述，三次绕组的逆变电流′_N中含有无功感性分量，其性质是对电机起去磁作用的。因此导致原绕组激磁电流增大，造成功率因数降低，损耗增大，温升升高。

采用内补偿后，容性电流′_C抵消了或大部份抵消逆变电流_N'的感性无功分量，且合成电流I₃'较无补偿时为小，从根本上解决了电机功率因数降低和损耗增大的问题。

对比外补偿方法，由于三次绕组中逆变电流感性无功分量的存在，电机对电源的无功电流摄取没有改变。只不过是电机原绕组端接有补偿电容，电源的无功功率供给负担减轻和线路损耗减小了，但电机的工作状态并没有得到改善。

2、由于采用内补偿后，三绕组异步机的三次绕组合成电流I′₃可以减小，因此，在电机设计与制造时，可以采取较小的 线截面制造三次绕组，而损耗、温升不变，这样，电机的铁心尺寸可以减小，铜线耗量降低，电机成本亦可降低。

3、内补偿是在电机的三次绕组中施行的。由于三次绕组的电压较低，故能实现以低压补偿高压。补偿装置的成本大为降低。

4、在内补偿装置中设置谐波吸收电路，可减小三次绕组的谐波损耗，同时，有效地避免了对电网的谐波污染，这在较大容量的串级调速系统中，具有重的意义。

无功补偿装置的设计要点：

1、无功补偿容量的选定

当采用固定容量的补偿方式时，所需无功容量可按下式计算：

Q_C＝（0.6～0.7）3U₃I_NSinβ_max（1）

式中：

U₃-三次绕组线电压

I_N-三次绕组线电流，即转子绕组额定电流。

β_max-最大逆变角。

2、补偿后电机功率因数

设补偿前电机的功率因数为COSφ₁'，补偿后的功率因数为COSφ₁，电动机输入的有功功率为P₁，则补偿后的功率因数

COSφ₁＝COS[tg^-1·（tgφ₁'P₁-Q_C）/P₁]

其中，补偿后的功率因数角φ₁

φ₁＝tg^-1·（Q₁-Q_C）/P₁