[发明专利]变谐式无级调压调速器

说明书

本发明属交流感应电动机的调压调速装置。适用于输出转矩与转速平方成正比的用电负荷（如各种工业风机、泵类等）进行无级调速。

在现有技术中，对交流电机的调速方法虽有多种，且在技术上不少方法已比较成熟。然而，将它们应用于工业流体负荷的调速节能方面，几乎没有哪一种能被接受，究其原因，主要是这些调速器的性能价格比和可靠性等还难以同时做到被用户所接受;如：PWM变频调速器性能虽好，但价格高昂，作为调速节能，投资回收周期太长（约4～6年）;可控硅相控式调速器，价格不算太高，但可靠性差，波形畸变严重，一般工厂维修仍然困难，从而易造成对生产的影响;而串级调速、电磁调速以及纯机械式的液力耦合器调速，都因需要更换电机，所以用户难以接受。

为了克服现有交流电机应用于工业流体负荷的调速节能方面存在的诸多缺点，本发明应用串联于供电回路中的可变参数并联谐振回路的阻抗的分压作用，来达到对工作电机调压调速的目的。

本发明变谐式无级调压调速器，主要由串联在供电回路与用电器之间的可调参数并联谐振回路和并接在电源输入端的功率因素补偿电容组成。

图1中，L_A、L_B、L_C为三个电感量同步可调电感器，它们分别与电容器C_A、C_B、C_C组成三个串联在拖动电机供电回路中的并联谐振回路。C₁、C₂、C₃为△联结的功率因素补偿电容，D为工作电机。其工作原理如下：在电机启动时刻，L_A、L_B、L_C的电感量均在最大值，此时，L_A、C_A、L_B、C_B，L_C、C_C分别与50Hz的电源频率发生并联谐振，从而使它们以高阻抗的纯阻性形式串联在电路中，利用这个高阻抗的分压作用，使电机定子绕阻上的电压降到一个很小值（一般情况，约在10～40V之间），这样，电机在极小的工作电流下缓慢启动。尔后，通过机械方式调节电感器的电感量，使之从最大值开始下降，从而使三个谐振回路的固有角频率ω_OA、ω_OB、ω_OC与电源角频率发生偏离（即失谐），这样，三个并联谐振回路的阻抗Z_A、Z_B、Z_C（对50Hz的电源来说）从最大值同步下降，从而导致在该阻抗上的分压值减小而电机绕组上的电压，值上升，电机的转速亦上升。这样，随着电感器中电感量的不断变小，失谐度继续增加，电机的转速也将增加，直到电感量调到最小值时，失谐度也达到了最大值，而电机的转速也相应地达到了最大值（此转速最大值，应接近或达到电机的额定最高转速）。反过来，将电感器的电感量从最小值逐渐调到最大，则失谐度也将从最大值逐渐降到最小，而电机的转速也将从最大值逐渐降到O，这就是系统能够对电机进行调速的原理。

在整个调速过程中，除在转速的最低点以外，其余情况下由于谐振回路的失谐作用，导致整个系统的功率因素低于1，因此，在电源的输入端接入功率因素补偿电容C₁、C₂、C₃，使系统的功率因素在任何情况下都在0.9以上，达到最佳节能效果。

在本系统中，最关键的器件是电感器，对其技术要求除三个电感值必须同步变化以外，还要求有最小的波形畸变（波形畸变的结果，将在电机旋转磁场中出现高次谐波磁场，从而导致电机发热量增加，工作噪声增加而效率下降），另外，在满足调感范围的情况下还要求有最小的工作噪声及生产成本。现有技术中，磁饱和式电抗器的调感范围不够大，且输出波形畸变比较严重，加上需可控直流电源参与调节，因而体积大、成本高;而中国专利85203415所采用的方法，在调速过程，当电机转速进入中、高速阶段时，输出波形畸变比较严重。为此，本发明采用的是另一种结构形式的电感器-线性磁阻式宽范围可调电感器，其基本特点是在整个调感过程中，磁路的总磁阻（无论系统工作在什么状态）绝不会进入非线区，从而保证了输出波形为纯正弦波。