內反饋串級調速電動機直流回路穩態特性分析
王兵樹，張曉東，曲通，蔚培霞
(華北電力大學，河北保定07l003)
摘要：根據直流回路的結構特點，將直流回路分成兩部分進行分析，分別給出穩態時整流直流回路電壓電流的計算公式和逆變直流回路電壓電流的計算公式，推導出直流回路中電流與調速系統各個參數的關系。由直流回路電壓電流計算式，進而推出內反饋斬波串級調速系統的機械特性曲線；并且分析了直流回路中各個電抗器的作用以及對調速系統機械特性的影響。
關鍵詞：內反饋電動機；串級調速；斬波；穩態特性；機械特性
中圖分類號：tm343 文獻標識碼：a 文章編號：1004—7018(2010)01—0034—03
0引 言
近年來，隨著電力電子技術的發展和計算機的廣泛應用，串級調速技術也得到了很大的發展，內反饋串級調速電機作為新型的串級調速技術也越來越受到人們的關注。
目前，國內對于串級調速電機的研究依然停留在20世紀80年代的可控硅串級技術階段，而對于內反饋斬波串級調速電機的研究還有待于進一步深入，許多電動機企業和科研院所依舊以可控硅串級技術為藍本進行內反饋調速電機的設計與研究。但是由于內反饋串級調速電機結構特點與傳統異步電動機串級調速有較大差別，因此研究分析內反饋串級調速電機的直流回路穩態特性對于更好地研究、設計與改進內反饋調速電機的性能有很大的現實意義[1-3]。
本文從內反饋串級調速系統的結構特點出發，將直流回路分為整流回路和逆變回路兩部分分別進行討論，分別給出了直流回路中各個電壓電流在穩態時的表達式，并且推導出機械特性曲線的計算公式，進而分析了直流回路電抗器對機械特性的影響。這為工程上更好地研究和設計內反饋串級調速系統提供了可靠的理論依據。
1內反饋斬波串級調速電動機工作原理
內反饋電動機主要應用在串級調速系統中。它利用電機繞組多重化技術，在異步電機的定子鐵心上增設了一套繞組，該繞組主要用來接受從轉子反饋回來的能量以實現電機調速，通常稱其為調節繞組，而將原來定子繞組稱為主繞組。
內反饋斬波串級調速電機工作原理圖如圖1所示，系統由內反饋電動機、轉子整流器、平波電抗器、igbt斬波器、電容、晶閘管逆變器組成。
在內反饋斬波串級調速系統中，當igbt斬波器接通時，轉子整流器被短接，電機相當于在短路下工作；當igbt斬波器斷開時，電動機在串級調速接線下工作，因此，通過改變igbt斬波器的占空比可以改變附加電勢的大小，以達到調逮的目的。
2直流回路電壓電流分析
直流回路由轉子整流器、igbt斬波器和反饋繞組逆變器組成。為了便于分析，將直流回路分成轉子整流直流回路和反饋繞組逆變直流回路兩部分考慮。
2．1轉子整流直流回路電壓電流分析
轉子整流回路包括轉子繞組、二極管整流器、平波電抗器l1、igbt斬波器和電容電壓，等值電路如圖2所示。
轉子電流經過整流器后不再是正弦波形，而是近似地由持續時間為2π/3的交變方波脈沖組成，如圖3所示。如果斬波器頻率很高，以及平波電感很大，那么整流電流在忽略疊加脈動時基本可以看作直流，并且平均整流電流，id與轉子電流i2有如下關系[4]：
式中：s為內反饋調速電機轉差率；e2d為轉子不轉時的額定相電勢。
轉子電勢經三相橋式整流電路的空載整流電勢波形如圖4所示。
由圖4的波形可推導出三相橋式整流電路空載整流電勢的平均值ud：
考慮到內反饋電動機轉子繞組中存在電阻與漏抗根據文獻[5]可知，轉子整流器輸出電壓ud0[5]:
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