串級(jí)調(diào)速與有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理

【摘 要】串級(jí)調(diào)速與有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理對(duì)電網(wǎng)功率因數(shù)都有相應(yīng)的作用。本文介紹它們的相同和區(qū)別之處以更深刻地了解靜止無(wú)功補(bǔ)償。

【關(guān)鍵詞】串級(jí)調(diào)速、有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理、功率因數(shù)

一、序言

串級(jí)調(diào)速是交流調(diào)速系統(tǒng)中的一種調(diào)速方式；有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理是電力能源應(yīng)用領(lǐng)域提高功率因數(shù)的一種方法；兩種看似風(fēng)馬牛不相及的問(wèn)題何以放在一塊兒討論？本篇文章只是想搞明白它們的相似與不同之處。

二、串級(jí)調(diào)速

（一）交流調(diào)速系統(tǒng)的分類

根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：

交流調(diào)速系統(tǒng)可分為：

1、按電動(dòng)機(jī)參變量分類

（1）變極調(diào)速；（2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：1）調(diào)壓調(diào)速；2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；3）串級(jí)調(diào)速；4）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速（滑差電機(jī)）；（3）變頻調(diào)速：1）交—交變頻器調(diào)速；2）交—直—交變頻器調(diào)速

2、按電動(dòng)機(jī)類型分類

（1）籠型異步電動(dòng)機(jī)：1）變頻調(diào)速；2）調(diào)壓調(diào)速；3）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；4）變極調(diào)速；（2）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)：1）串級(jí)調(diào)速；2）串電阻調(diào)速；3）變頻、調(diào)壓、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；

3、按電動(dòng)機(jī)中對(duì)轉(zhuǎn)差功率PS的不同處理

（1）PS消耗型調(diào)速系統(tǒng)；（2）PS回饋型調(diào)速系統(tǒng)，串級(jí)調(diào)速方法屬于這一類；（3）PS不變型調(diào)速系統(tǒng)。

由此可見(jiàn)，串級(jí)調(diào)速屬于繞線式異步電動(dòng)機(jī)變轉(zhuǎn)差率回饋型調(diào)速系統(tǒng)。

（二）串級(jí)調(diào)速的原理

串級(jí)調(diào)速是針對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法轉(zhuǎn)差功率消耗在電阻上、運(yùn)行太低的缺點(diǎn)，實(shí)施的一種調(diào)速方法：轉(zhuǎn)子不串入三相附加電阻，改為串入三相對(duì)稱的交流附加電動(dòng)勢(shì)Ef來(lái)調(diào)速，并將調(diào)速引起的轉(zhuǎn)差功率損耗，回饋回電網(wǎng)或電動(dòng)機(jī)本身，即提高效率又實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法。

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓為：轉(zhuǎn)子I2電流為：

1、如串入的附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子感生電勢(shì)相位相反，頻率相同，則轉(zhuǎn)子電流將變?。贿@種向下調(diào)速的情況成為低于同步轉(zhuǎn)速的串級(jí)調(diào)速（低同步串調(diào)）。

2、如串入的附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子感生電勢(shì)相位相同，頻率相同，則轉(zhuǎn)子電流將變大：

這種向上調(diào)速的情況成為高于同步轉(zhuǎn)速的串級(jí)調(diào)速（超同步串調(diào)）。

（三）串級(jí)調(diào)速的基本運(yùn)行狀態(tài)及其功率傳遞關(guān)系

1、低于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

電動(dòng)機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，00，此時(shí)電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)定子輸入的電磁功率Pd，一部分變?yōu)闄C(jī)械功率PM從電動(dòng)機(jī)軸輸出；另一部分變?yōu)檗D(zhuǎn)差率PS通過(guò)Ef產(chǎn)生裝置回饋給電網(wǎng)。

2、低于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

電動(dòng)機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，0

3、高于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

電動(dòng)機(jī)在高于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，S<0，Te>0，此時(shí)從電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)定子輸入電磁功率Pd，電網(wǎng)也通過(guò)Ef產(chǎn)生裝置向轉(zhuǎn)子輸入轉(zhuǎn)差率PS，電動(dòng)機(jī)從定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)輸入功率，共同變?yōu)镻M從電動(dòng)機(jī)軸上輸出。

4、高于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

電動(dòng)機(jī)在高于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，S<0，Te<0，電動(dòng)機(jī)從軸上吸收機(jī)械功率PM，一部分變?yōu)殡姶殴β蔖d，通過(guò)定子回饋給電網(wǎng)；另一部分變?yōu)檗D(zhuǎn)差功率PS，通過(guò)Ef產(chǎn)生裝置回饋給電網(wǎng)。

三、有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理

（一）SVG電氣原理

SVG（靜止無(wú)功發(fā)生器）又稱靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM/DSTATCOM）；

SVG的基本原理就是將電壓源型逆變器經(jīng)過(guò)電抗器或者變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)逆變器交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或直接控制其交流側(cè)電流的幅值和相位，迅速吸收或者發(fā)出所需要的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功的目的。當(dāng)采用直接電流控制時(shí)，直接對(duì)交流側(cè)電流進(jìn)行控制，不僅可以跟蹤補(bǔ)償沖擊型負(fù)載的沖擊電流，而且可以對(duì)諧波也進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。

（二）SVG工作原理

1、空載運(yùn)行模式

2、容性運(yùn)行模式

UI>US，IL為超前的電流，其幅值可通過(guò)調(diào)節(jié)UI來(lái)連續(xù)控制，從而連續(xù)調(diào)節(jié)SVG發(fā)出的無(wú)功功率。

3、感性運(yùn)行模式

UI

四、串級(jí)調(diào)速與有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理的相似性

綜上所述串級(jí)調(diào)速與有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理在進(jìn)行改變功率因數(shù)方面具有一定的相似性：

1、二者都能把電能回饋給電網(wǎng)以改變功率因數(shù)；2、二者都通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行在不同的狀態(tài)從而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)；

需要強(qiáng)調(diào)的是：

1、單采用串級(jí)調(diào)速而不采取任何改善功率因數(shù)的措施，則串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)會(huì)很低。

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)低的原因有主要有兩個(gè)：（1）由于逆變變壓器和異步電動(dòng)機(jī)均為電感性，工作時(shí)都要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，所以其無(wú)功功率是相加的，使功率因數(shù)表達(dá)式中的分母增大，因此系統(tǒng)總功率因數(shù)降低。 （2）由于轉(zhuǎn)子整流器的接入造成了轉(zhuǎn)子電流的換流重疊和波形畸變，使得繞線電動(dòng)機(jī)自身的功率因數(shù)變低，從而也造成系統(tǒng)總功率因數(shù)降低。改善功率因數(shù)的方法：方法一：在三相交流進(jìn)線上接入功率補(bǔ)償電容器。方法二：采用高功率因數(shù)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。兩種典型的電路結(jié)構(gòu)：斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)；GTO串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

2、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)加劇了諧波的污染，而有源濾波可改善電能的質(zhì)量。

3、串級(jí)調(diào)速是一種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償形式，而有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理

參考文獻(xiàn)

[1]錢(qián)平，《交直流調(diào)速系統(tǒng)》，高等教育出版社

[2]宋書(shū)中、常曉玲《交流調(diào)速系統(tǒng)》，機(jī)械工業(yè)出版社

[3]《有源動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理裝置》，天津先導(dǎo)倍兒電器有限公司

作者簡(jiǎn)介：蘇琦（1972----），男，河南省新鄭人，講師，主要從事自動(dòng)化控制方面的教學(xué)與研究。