内反馈斩波调速装置介绍

内反馈斩波调速装置介绍

一．概述

内反馈斩波调速方案如图（2）所示。见图（2），内反馈斩波调速装置是由整流器，斩波器，和有源逆变器组成的。此外，装置内还有软启动电路和旁路开关（图中未画出）。我公司生产的SN6100系列内反馈斩波调速装置中整流器、斩波器、逆变器均采用模块结构，而且斩波器和逆变器都采用IGBT元件。下面对调速原理作简单分析。

见图2，转子电流经整流器整流后变换成脉动直流电流后再经过限流电抗器L送到斩波器，斩波器是由IGBT元件和二极管，电容器等组成的，其中IGBT作周期性导通和关断动作，如图（1）所示，在t1期间，IGBT关断。

当IGBT导通时，电动机转子电流被IGBT经由限流电抗器L短路(电抗器串联在整流器的输出端)，其回路电流随时间上升，此时电机的转速也趋向于上升。当IGBT关断时，储藏在电抗器中的能量使IGBT两端的电压升高并经过二极管使电容器充电。由于斩波器后边的阻抗较大，所以转子电流将随时间下降，此时电机的转速也趋向于下降。电容器上的能量加到由6只IGBT组成的有源逆变器，将电流重新变换成交流电并经过LC滤波器滤波后反馈到电动机定子的附加绕组。当IGBT不断地导通和关断时，转子电流平均值为I CP1，由此确定了电动机的转速为N1。当改变IGBT的关断时间为t2时，转子电流的平均值达到I CP2，电动机的对应转速为N2。将IGBT导通时间与导通关断周期时间的比用K来表示，并称K为占空比，可见当改变斩波器的占空比K时，可以改变通过斩波器回路的电流大小，从而改变了电动机的转速。如果斩波器IGBT持续导通，则转子电流达到最大值（其大小决定于负载转矩的大小），电机转速为最高；如果斩波器IGBT 持续关断，转子电流被整流后全部加到逆变器并反馈到电动机附加绕组，这时电动机将具有最低的转速（最低的转速数值由转子绕组电压，反馈电压以及逆变器的逆变角等数据确定）；这种方法，一方面当改变斩波器输出电压时，改变了电动机的转速，另一方面，通过逆变器将电动机的转差能量反馈到电动机的反馈绕组，从而提高了机组的效率。

进一步分析得到调速装置工作时的速度表达式：

n = n0 [1-D2( U2 / E20 ) cos βmin ] --- (1)

其中

D2为斩波器的关断占空比

E20 ----- 转子开路电动势（线电压）

U2 ----电动机反馈绕组电压（线电压）

n --- 电动机转速

n0 --- 电动机同步转速

βmin---最小逆变角

由(1)式可以清楚看出，如果改变斩波器的占空比，可以改变电动机的转速，当关断占空比增加时，电动机转速下降；反之，电动机转速增加。这就是内反馈斩波调速的基本原理。

在逆变器中，β角被固定在一个最小值。

当D2为1 时，就是斩波器一直关断，电动机达到最低转速，如下式所示

n = n0 [1- ( U2 / E20 ) cosβmin ]

图（1）不同占空比时斩波器工作示意图

6KV母线

图（2）斩波调速装置示意图

逆变器的输出电压经过L—C滤波器滤除高次谐波后送到电动机的反馈绕组，这是电动机的转差能量的回收途径。

1．IGBT内反馈斩波调速装置系统图（另见图纸）

2．装配车间

800—1250KW装置装配

3．装置外形

1250KW装置正面图。右柜从上到下：补偿电容，接触器，旁路刀闸，输出电抗器；左柜从上到下：斩波器逆变器，PLC，直流电抗器

斩波器由4只大功率IGBT元件和相应的电抗器、驱动电路组成，如下图所示

IGBT 元件直接安装在散热器上，而散热器是接地的。 额定电流 脉冲电流 额定电压 导通时间 关断时间 800A,壳温80 1600A 壳温80 1700V 壳温80 2uS 1-2uS

正向电压降 0-2.5V

右上图中上边是整流二极管模块，下边是IGBT （FS450R17KE ）eupec 共2只模额定电流 脉冲电流 额定电压 导通时间 关断时间 450A 壳温80 900A 1700V 1uS 1.2Us

出厂试验：实际电流为120%额定电流24小时，150%额定电流60分钟

2500KW装置外形图。

2500KW装置装配中。

2500KW装置真空接触器

2500KW装置出厂试验中

2800KW电动机参数：

名称转子开路电压转子额定电流反馈电压反馈电流数据1453V 1254A 562V 435A

2800KW装置电力电子元件选择：

转子额定电流额定直

流电流

额定直

流电压

使用IGBT

数量

IGBT

回路电流

电流储备

系数

1254A 1755A 813V 6 293A 2.73

最大逆变器输出电流反馈电压逆变器额定

直流电压

使用IGBT

数量

IGBT

回路电流

储备系数

525A 562V 908V 3 175A 7.7

二．可靠性分析

早些年生产的内反馈斩波调速装置，主要用可控硅（SCR）元件组成斩波器电路和逆变器电路。SCR元件不是自关断的电子元件，因此在斩波调速装置中使用时，存在斩波器直通故障和逆变器的颠覆故障，而且由于SCR的结构特点，所以采用SCR元件构成的内反馈斩波调速装置，存在故障多，维修难的问题。我公司从一开始就立足采用最先进的电力电子元件（IGBT）构成内反馈斩波调速装置，从而在根本上保证了调速装置的绝对可靠性和优良的性能。

液力偶合器效率特性