转子变频与定子变频

1、转子变频与定子变频的比较目录目录二、定子变频原理一、转子变频原理三、转子变频与定子变频对比四、国内主要定子变与频转子变频厂家一、转子变频原理介绍希望森兰致力于中国变频事业的新发展概述异步电机调速的几种方式概述异步电机调速的几种方式根据交流电机转速公式 n=60f* (1-s)/p可知通过改变定子电压频率,改变电机极对数,改变转差率S,都可以实现电动机的速度调节。 变极调速 定子调压调速异步电动机 变转差调速 转子串电阻调速 变频调速 串级调速 电磁转差离合器调速调速方式 ： 1，变极对数调速 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变电动机定子极对数达到调速的目的。特点如下：具有较硬的机械特

2、性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，调速范围有限，不能获得平滑调速。2，定子调压调速当改变电动机定子电压时，可以得到一组不同的机特性曲线，从而获得不同转速。特点：由于电动机转矩与电压平方 成正比，因此最大转矩下降很多，调速范围小。有转差损耗，效率低22022122）（SXRSRUKTT3，绕线电动机转子串电阻调速 绕线电机串水电阻为转子串电阻改良型。优点：设备简单，控制方便。 启动电流为Iq1.3Ie 。缺点：属于低效调速方式，转差功率以发热的方式消耗掉； 为给电解液散热，因此需要大量的循环水； 转速波动大； 水阻箱体一直带电，安全性低； 调速范围有限，一

3、般为20%30%，但在实际使用中往往因为换热器 功率不够，或者循环水压力等原因，调速范围更低； 在低转速时往往因为水箱温度超过报警温度而停机； 水阻调速因为震动等原因，在使用中容易漏液； 由于长期高温运行，水容易蒸发损失，容易造成干烧，造成转子开路 另外电解液有一定的腐蚀性，在长期高温的情况下，将加速铜极板腐蚀 因而造成水阻调速设备无法使用，故障率也相应较高，维护、保养要求较高 有级调速，机械特性软2202)2202)(sXRRsEI4，串级调速在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。 串级调速主回路22022202)(sXREsEI优点：调速比较平滑

4、，无极调速，调速范围50%95%， 调速效率90%以上，较变频调速效率低，成本。缺点：通过改变逆变器控制角度实现调速，功率因数 低，需加装无功补偿装置，易受雷击等电网波 动影响，发生逆变颠覆故障转子侧变频调速原理转子侧变频调速原理转子变频系统原理图转子变频系统原理图1、 转子侧变频调速控制理论转子侧变频调速控制理论为了探求异步机调速的实质，以及便于深入分析，应首先建立异步机的物理模型。根据异步机的能量转换与传输原理，异步机等效于图1的功率圆模型。 电动机是将电能转化为机械能的设备。异步机的定子与电源相联，从中吸收电功率P1，同时吸收感性无功功率建立旋转磁场。旋转磁场的功能是将定子的电磁功率传输

5、给转子，转子则将电磁功率转化为机械功率，因此，旋转磁场等效于联接定转子的功率传输通道，为与电传导方式相区别，称为感应通道。主磁通 是电磁感应中极为重要的参数，可以形象地认为是感应通道畅通与否的标志，为了保证感应通道畅通，应使主磁通保持设计伊始的常量，否则将使功率传输的损耗增大，并且影响电机的转矩性能。 对于鼠笼型异步机，转子电压和电流是短路、封闭的，不能为外界所控制，因此，鼠笼型异步机转子只有一个机械输出端口。绕线型异步机的转子则是开启的，并受外部控制才能形成电气回路，因此具有机械和电气两个输出端口。 转速产生于转子，因此是调速的主要分析对象。根据力学原理，异步机的角速度 其中：PM为异步机机

6、械功率； (3) T为输出转矩。MPTW=根据异步机的能量转换与守恒，转子的功率方程为 (4) 其中：Pem为异步机转子的电磁功率； 转子的损耗功率。因此，异步机输出角速度表为 (5)2MemPPp=- D2pD2emPpTTDW =-式中的 (6) 称为理想空载角速度； (7)称为角速度降。量纲变换后，有 , (8)式中的 , (9)即为理想空载转速； , (10)为转速降。 emOPT= W2pTD= D WOnnn=- D602OOnp=W602npD=D W异步机的理想空载转速表达为电磁功率与电磁转矩异步机的理想空载转速表达为电磁功率与电磁转矩之比，其含义是：在假定转子无损耗的理想状态

7、下，之比，其含义是：在假定转子无损耗的理想状态下，异步机的全部电磁功率都转化为机械功率所能获异步机的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的转速。由于这种假设只有在理想空载的条件下得的转速。由于这种假设只有在理想空载的条件下才能实现，故称理想空载转速。才能实现，故称理想空载转速。理想空载转速取决于电磁功率，是异步机调速非常重要的参量。转速降即为转速损失，取决于损耗功率。按照公式（3），转矩T似乎也应该成为调速的控制参量，实际上是不可能的。电机稳定运行必须遵循转矩平衡方程式，即电磁转矩与负载转矩相等。 （11）负载转矩是由机械负载本身性质决定的，既不取决于电机性能也不取决于调速与否，电磁转矩只能服

8、从客观存在的负载转矩，不能随意改变，否则，破坏了转矩平衡方程式，电机将无法稳定运行。f zTT=由此可见，交流调速的实质在于控制其机械功率，电气上有电磁功率控制和损耗功率控制两种原则。电磁功率控制改变的是理想空载转速，机械特性为电磁功率控制改变的是理想空载转速，机械特性为平行曲线，是高效率节能型调速；而损耗功率控制平行曲线，是高效率节能型调速；而损耗功率控制则是增大转速降，机械特性为汇交曲线，是低效率则是增大转速降，机械特性为汇交曲线，是低效率的耗能型调速。的耗能型调速。调速性能取决于调速原理，选择定子控制还是转子控制，仅仅是对象的不同，并没有本质的区别。以上就是转子侧变频调速控制原理。以上就

9、是转子侧变频调速控制原理。根据电机学原理，异步机转子的电磁功率和电磁转矩方程为 （12） （13）其中，转矩系数 （14）根据功率控制原理所得出的公式（6），异步机的理想空载角速度为 （15）2222cosemPm E Ij=22cosTmTCIj=F2222rTm N k pC =22222222coscosOTmemm E IECICjjW=FF中的电势系数： （16） 换算成每分钟转速，同乘以 ，有 （17）其中的转子电势系数 （18）22222TreCN kpCm=602p202EmEnC=F222260rEN kpCp=表明异步机的理想空载转速与转子开路电势E2成正比，与主磁通量 成

10、反比。至于电势系数，在电机设计制造时已确定，可以当作常量，改变理想空载转速可以通过：恒磁调压方法。即，使主磁通 不变，调节转子电压（电势）。恒压弱磁方法。即，使转子电压不变，减小主磁通。改变转子电势有电传导和磁感应两种方法，电传导方法用于转子控制调速，其理想空载转速为 （19） 感应法用于定子控制调速，理想空载转速则为 （20）公式（19）（20）物理意义鲜明，具有普遍性，实际上，变频调速、串级调速、以及将介绍的转子侧变频调速等高效率交流调速都是依据该公式实现的202fEmEEnC=F101EmEnC=F2、转子侧变频调速控制原理、转子侧变频调速控制原理转子侧变频调速是基于转子的电磁功率控制调

11、速，其系统原理如图2 所示， 转子侧变频调速控制原理图 调速控制原理是：从转子入手控制异步机的电磁功率，从而改变理想空载转速。当转子的部分功率被移出，总的电磁功率减小，理想空载转速降低，是一种低同步调速系统。如果转子通过电传导另外得到的部分功率，总的电磁功率增加，理想空载转速将超过同步转速，实现同步调速。这种能够实现两个方向功率控制的系统，即可实现低同步和超同步两种调速，称为双馈调速。利用此控制原理推导出的公式(19) ，可以使转子侧变频调速得到简明、量化的分析。通过电传导的方法在转子回路串联附加电势Ef，可以改变转子的合电势，从而改变理想空载转速。而磁通由定子电势和频率决定，故不改变。于是转

12、子侧变频调速实现恒磁通（即恒转矩）的高效率的无级调速。 应该指出，改变理想空载转速才是调速的关键所在，至于同步转速改变与否并不重要。在串级调速中，理想空载转速可调，而同步转速不变，事实证明了理想空载转速与同步转速没有必然的联系。3、 转子侧变频调速系统的构成转子侧变频调速系统的构成主要由整流柜、斩波柜、逆变柜、（功率因素）补偿柜、启动柜、逆变变压器组成。其典型的主回路图如下：适用于普通绕线电机采用内反馈电动机的转子变频主电路如右图所示，绕线式异步电动机的定子内嵌有与转子最高逆变输出电压相适应的内反馈绕组，它具有转子正反馈作用。被控制电动机的转差功率直接回馈给电动机本身，增大了该电动机的出力，也

13、节约了能源。此方案的原理基本上与上述 适用于内反馈电机典型的转子变频方案相同，但转差功率不回馈入电网，当然也不需要升压变压器。二、定子变频的原理希望森兰致力于中国变频事业的新发展 受制于电力电子器件耐压水平的限制，高压变频主回路拓扑结构不像低压变频那样具有统一的拓扑方式。目前国内高压变频主回路比较常见的拓扑方式都是采用单元串联多电平的方式。其主回路拓扑示意图如下10kV高压电经过移相变压器的降压、移相、隔离输送给各个功率单元，功率单元为三相输入、单相输出。当电机为10KV电压等级时，每相有8个功率单元串联组成，系统50Hz工作时每个单元输出电压有效值722V，8个单元输出叠加到一起则得到相电压

14、5776V，三相输出则得到线电压10000V。每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用移相接法，实现多重化，以达到降低输入电流谐波的目的，同时，变频器输入的综合功率因数可达到0.96以上。逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，输出电压非常接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，从输出电压电平数上看，线电压为33电平，这有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电动机发热、噪音和转矩脉动都大大降低，所以这种变频器对电动机没有特殊要求，可直接用于普通异步电动机。单元串联高压变频主要由变压器柜、功率柜

15、、旁路柜及控制柜组成。单元串联功率单元原理图(机械式旁路)R RS ST TO1 1O2 2输输入入缺缺相相欠欠压压过过压压失失速速过过压压故故障障N NT TC C断断线线超超温温下下行行通通讯讯上上行行通通讯讯模模块块故故障障接接触触器器旁旁路路故故障障接接触触器器旁旁路路+K KM M1 1C C单元串联功率单元原理图(电子式旁路1晶闸管)R RS ST T+C CO1 1O2 单元串联功率单元原理图(电子式旁路2IGBT)R RS ST T+C CO1 1O2 第三章第三章 转子变频与定子变频的对比转子变频与定子变频的对比定子变频的优点： 1，调速范围宽（0100%）； 2，能实现软启

16、、软停等各种功能； 3，功率因数高； 4，对电网适应强，-35%+15%； 5，对电机种类没有限制，适应电机较广； 6，开环调速精度优于转子变频。缺点：1，使用元器件多，故障点多； 2，变压器容量为电机功率的1.25倍，占整个成本的40%； 3，占地面积大； 4，对环境要求较高。优点：1，单体成本低，系统成本与高压变频器不相上下，有的更高； 2，容量小，使用的元器件少； 3，占地面积小，对环境要求不高； 4，工作电压低于1000V，一般不超过1500V；缺点, 1，无法实现电机软启，需额外配置软启设备； 2，功率因素低； 3，调速范围窄，理论调速范围只有50%100%； 4，只适用于绕线电机，

17、受制于电机形式； 5，开环调速精度差，响应慢； 6，对电网波动敏感，采用晶闸管逆变，容易发生颠覆故障； 7，电机有滑环和碳刷，维护周期短，费用高； 8，停机顺序必须先让电机转至工频，然后才能掉电。转子变频的优、缺点转子变频的优、缺点第四章第四章 国内主要定子变频及转子变频厂家集合国内主要定子变频及转子变频厂家集合国内厂家北京（6家） 利德华福（2011年被施耐德并购）合康亿盛北京动力源国电四维北京康沃北京斯达森上海（6家）上海新时达上海亿思特上海雷诺尔上海广电电气（2011.12收购上海艾帕电力电子有限公司）上海科达 （目前国产唯一推行在线更换功率单元的厂家）上海神源电气广东除深圳外（3家）广州智光珠海万利达广东明阳龙