交流调速的功率控制原理与斩波内馈调速
0 引言
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387660.htm斩波内馈调速是我国首创的一种新型交流调速技术，通过近20 年的实践探索和理论研究，斩波内馈调速取得了长足的进步，产品在发电、供水、冶金等领域获得了推广应用，技术经济性能都达到了较为理想的指标。事实表明，斩波内馈调速具有调速效率高，制造成本低，功率因数高，谐波分量小等一系列优点，不仅为我国的风机泵类节能提供了一种经济、高效的调速技术和产品，也为世界的交流调速填补了一项空白。
在从事交流调速的多年研发中，作者发现变频调速与串级调速(包括双馈调速及内馈调速)具有极为相似的调速性能，例如调速效率、机械特性等都很一致，但按传统理论串级调速属于变转差率调速，被认为与变频调速有着本质的区别。显然，面对毋庸质疑的客观事实，传统电机学理论就值得探讨了。
重新审视电机学的有关部分，发现被视为经典的异步机转速公式竟然是一个人为的定义式，根本无法成为交流调速的理论依据，自然，按该表达式划分的调速种类和方法也是不科学的。电机调速的实质究竟是什么，电机调速的统一理论是什么，这是目前交流调速亟待解决的理论问题。
为此本文从能量转换守恒、牛顿力学定律、电磁感应定律等最基本的物理法则出发，分析和探讨电机调速的实质及统一规律，提出了电机调速的功率控制原理———P理论。P理论表明，包括异步机在内的所有电动机，调速的实质是功率控制，电机转速只能通过电磁功率或损耗功率的改变才能得到调节，所有的电机调速方法都是功率控制原理的具体实施。
1 异步机转速公式的质疑
公式是客观规律的数学表达形式，它只能产生于已有的定律、公式，而不能产生于人为的定义。
经典电机学的异步机转速公式是这样建立的。
首先定义转差率s，令
我们注意到，式(4)与式(2)没有本质变化，尽管式(3)是公式，但它仅仅起到参数变换作用，并没有改变式(1)、(2)的定义式性质。因此，我们认为式(4)只不过是人为的定义式，在没有经过科学论证之前，是不能称其为公式的。
2 电动机模型与功率控制原理
电动机是将电能转换成机械能的设备，因此可以普遍地表达为图1所示的四端网络。
负载转矩Mfz是由负载决定的客观存在，电磁转矩则跟随着负载转矩的变化而变化，负载转矩的每一次变化，都将引起电磁转矩的变化，这一动态变化过程及对转速的影响如下。
可见，电动机调速时，轴功率是主变控制量，电磁转矩是因变量，调速的本质在于功率控制。现在的问题是如何用电气的方法控制轴功率PM。
式(16)是电动机调速普遍规律的表达式。由此可见，电动机调速的原则有两种：一是控制电磁功率，所改变的是理想空载转速;二是增大损耗功率，以增大转速降。
3 异步机模型与调速的功控原理
异步机是电动机的一种，其调速原理必然服从上述的普遍调速规律。根据能量转换原理，异步机可以等效成图3所示的网络模型，也称为功率圆图。
定子和转子是构成异步机的两个重要部件，也是异步机能量传输和转换的关键单元。异步机的定子与电源相联并吸收电功率P1，扣除损耗形成电磁功率Pem，定子通过旋转磁场的作用，将电磁功率传输给转子，因此旋转磁场可以等效为电磁功率的传输通道，即图3 中的感应通道，在磁场的作用下，转子电磁功率除损耗外转化为轴功率。这种电磁感应通道的特点是交流机与直流机本质的区别。
衡量磁场的主要物理量是主磁通椎m ，为了使电磁感应通道畅通，不产生堵塞而造成损耗，根据电机学理论，应该使主磁通椎m保持恒定。这是调速时必须引起注意的。
异步机按转子型式分为鼠笼型和绕线型，前者转子是封闭短路的，因此只有一个轴功率输出端口;后者转子是开启的，因此具有轴功率和电功率两个端口。转子的电功率端口可以通过与外电路联接进行功率交换，由于转子电压较低，因此可以实现高压电机低压控制的调速，这是绕线异步机独具的优点。
异步机调速可以通过定子口或转子口对电动机实施功率控制调速，分别控制电磁功率或损耗功率。
前者改变的是理想空载转速，调速是高效率的，且机械特性为平行曲线;后者增大转速降，调速是低效率的，机械特性为汇交曲线。电机调速的效率只取决于
功率控制的属性，并不在于变频还是变转差率，因此，传统理论把变频调速和变转差率调速对立起来的观点是错误的。
应该注意同步转速和理想空载转速有本质的区别，同步转速n1是旋转磁场的变化速度，理想空载转速n0是假定转子全部电磁功率都转换为轴功率的机械速度。电动机的转速和调速效率只与n0密切相关，而与同步转速没有直接、必然的联系。
4 变频调速的功率控制原理
从功率控制角度观察，变频调速是典型的定子电磁功率控制调速。定子控制是间接控制转子的调速，由于定、转子电磁功率相等，而定子电磁功率
保持不变，从而实现高效率的电磁功率控制调速。变频调速时，理想空载转速n0随U1改变，此时同步转速n1随f1而变，且有n0=n1，但决定电动机转速的是n0而不是n1，下面将会看到，即使n1不变，n0也可随电磁功率改变。
根据上述分析，恒转矩变频调速时，其充分条件是调压，必要条件是变频，调速的实质在于对电磁功率控制。
5 转子电磁功率控制调速与内馈调速
对于绕线转子异步机，可以对转子直接实施电磁功率控制。方法是从转子口移出或注入电功率，以改变转子的净电磁功率，使理想空载转速得以调节。
转子电磁功率控制有以下特点：
1)定子电压、频率不变，主磁通亦不变，因此调速是恒转矩的;
2)同步转速不变，理想空载转速却可变(n1 与n0无直接必然的联系);
3)技术简单，效率高，经济性好。
对于图3(b)的转子电磁功率控制，当在转子的转差功率端口引入附加的电磁功率时，转子的净电磁功率
评论