斩波内馈与变频调速的对比

电力资源和水力资源供求矛盾日益突出，节电、节水已经成为我国经济发展的一项战略国策。节电、节水的关键是风机、泵类的调速经济运行。我国的风机、泵类耗电量占全国总动力耗电的43%以上，且绝大部分为恒速运行，只能靠调节风门、阀门或开、停数量来调节工况变化，效率只有30%，造成大量的能源浪费。
我公司董事长高级工程师屈维谦先生，经过18年的呕心沥血、刻苦研究发明了斩波内馈调速系统,并荣获国家专利,该系统最适合高压大中容量交流电机调速高效节能的风机和泵类。它填补了我国在这一领域的技术空白,各项技术指标达到国际先进水平，是当今世界新展现出来的一项新技术。特别是调速理论的创新，以“P”功率控制理论，替代了“M”转矩控制理论，为调速事业做出了巨大的贡献。斩波内馈调速不但适合国情，也同样适应国际市场。在全国各地已拥有20几家用户,运行可靠，节电显著，深受用户钟爱。
一、内馈的特点、原理 所谓内馈调速是一种将调速电机的部分转子功率（即电转差功率）移出来，以电能的形式反馈给电机内部的调节绕组的特殊调速方式，转子反馈给调节绕组的功率越多，轴功率输出就越少，转速就越低，反之，转子反馈给调节绕组的功率越少，轴功率输出的就越多，转速就越高，可见，从转子被移出的电转差功率是在转子－调节绕组间循环往复传输的，循环效率为99.8%，不需要经过电源供给，这是内馈调速的最大奥妙之处。
主要特点：
1.理论新颖，技术先进，创立了功率控制理论（即P理论），发现了轴转矩控制理论（即M理论）。
2.效率高，可达99.87%。
3.结构简，占地面积小。
4.电流波形谐波小，小于5%。
5.价格廉，控制系统平均1000元/KW左右。
二、斩波控制的特点
1.斩波控制实质上是以数字控制取代了传统的移相控制。
2.采用斩波──有源逆变器的变流主电路，使系统具有最高的功率因数和最小的电流畸变率。
3.固定相位的有源逆变器，加上独创的特殊触发，同步电路，使逆变可靠性得到解决，无需相序调整及同步配相，无论何种相序都正确，而且逆变角自动恒定。
4.采用继电器逻辑操作和控制，微机使运行更加可靠性。
5.具有完善的各种保护功能，如过流、欠压、过压、失波、缺相、相序、瞬时停电、频敏等各种保护。
6.具有自动软加速的转全速功能，使接触器寿命大大延长。
7.具有调速软起动功能，进入调速电流无冲击。
8.可提供抗干扰的远方给定和自动恒压闭环控制装置。
9.具有无机械传感的速度显示。
10.应用全数字锁相环控制的脉冲电路，具有极强的抗干扰能力和高可靠性。
11.斩波主电路增加了“DCL”吸收电路，解决了关断电压过充的难题，使斩波技术臻于成熟。
三、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
（1）
及
（2）
因此可以通过U1调节来改变定子电磁功率，而受转矩平衡方程式约束不能作为控制量。调速原理如图所示


图1 变频调速的功率控制原理
但单纯调压并不能实现定子电磁功率控制，原因是U1不但影响电磁功率，而且还作用于磁场，根据电机学，主磁通
（3）
如果单纯调压，U1降低Φm 减小，而U1增大Φm 受磁饱和限制不能增大，U1的减小将引起损耗功率急剧增大。
设负载转矩不变，则电磁转矩亦不变
（4）
Φm减小将引起定、转子电流同比增大，其损耗
（5）
（6）
按电流平方律增大，结果形成增大转速降的调速。
为了解决上述问题，应根据式(14)对U1进行解耦，即在调压的同时，正比地改变频率f1 ，使Φm=C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，理想空载转速按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，调速的实质在于电磁功率控制。
三、斩波内馈调速技术指标与变频调速的比较。
1.价格低廉，只是变频调速的1/2～1/3；
2.运行可靠，连续无故障运行10000小时以上；
3.效率高,η＝99.87% 变频调速η＝94%；
4.功率因数高COSΦ=0.92
5.谐波污染小，电流畸变率小于5%，而且由于转子的隔离作用不会反馈至电网，无污染，是绿色环保产品。变频调速的谐波高达30－40%，且直接污染电网，需加装滤波装置，电力部门才允许运行。
6.控制功率小，由于是在转子侧实施调速控制，而转子电压较低，其控制功率只为电机功率的40-50%。变频调速是在电机网侧控制，直接承受电源电压，控制功率要大于电机功率,一般为（1.2-1.3）倍的电机功率。
7.体积小，结构简单，变频调速系统庞大，高压变频调速一般为：高～低或高～低～高系统，需配置1-2台变压器及相应的高压开关柜，占地面积大，价格昂贵，效率低。而且均需进口，用国家外汇，维修也不方便。
8.调速平均节能高达50%，变频调速平均节能只有40%。
斩波式内馈的突出技术创新是电机和控制。电机是调速的主体，内馈即是加强充实了电机调速的内因，斩波控制实质是以数字控制取代了传统的移相控制，可靠性大为增强。如下图：

序号 类 型
指标特点 变 频 斩波内馈
1 原理 附图1 附图2
2 效率 ≥85% ≥88%
3 COSФ 0.6—0.9 0.7—0.9
4 谐波 >20% <10%
5 控制方式 移相 斩波
6 适用电机 鼠笼及绕线 绕线型
7 外附变压器 高压时需要 不需要
8 机械特性 平行曲线 平行曲线
9 控制容量 >Pe <Pe
10 联接关系 串联 并联
11 与电网联接 直接 间接
12 可靠性 高压时较低 高
附图1


附图2