利用自耦变压器漏感

L

1

、

L

2

、

L

3

作为电流型 PWM 整流

器的输出滤波器对电流进行滤波 ,使得反馈到电网的
电流满足相关的国际谐波标准

[2 ]

。

绕线式异步电机采用转子能耗转差调速方法进行

调速 。本文采用电流型 PWM 整流器逆变方式将转子
能耗反馈到电网 ,在调速的同时 ,对电机的功率因数进
行补偿 ,调速过程中的能量转换关系见图 2 。

电网向绕线异步电机提供的电能为

P

1

;

绕线异步

电机定子的吸收能量为

P

2

;

转子回馈能量为

P

3

。通

过调节

P

3

,

改变电机的输出功率

P

4

, 达到调速的目

的 。

2

　功率因数补偿控制

2. 1 　矢量控制方法

本文采用矢量控制的方法 ,通过对调速系统中电

流型 PWM 整流器的输出电流进行矢量控制 ,补偿调
速过程中回馈电网电能的功率因数 。

在绕线异步电机调速过程中 ,转子电能随转子速

度成反比例变化 ,其输出电压也随时间变化 ,因此 ,要
使转子反馈电能与供电系统并网再利用 ,必须满足并
网运行的条件 ,即 :待并网电压与电网电压相序相同 、
频率相同 、

大小相同 、

相位相同 。通过调整 PWM 整流

器的交流侧电流可满足以上条件 。电流型 PWM 整流
器电路原理如图 1 所示 。图中电容

C

1

、

C

2

、

C

3

与普通

的电流源逆变器构成了电流型 PWM 整流器 ,

U

d

为整

流后的直流电压 ,因经不可控整流器整流 ,其电压方向
单调 ,则 PWM 整流器采用 IGBT 即可完成电能变换的
功能 ,交流侧的电容在电路中起到滤波和储能的作用 。

对整流器进行 PWM 控制 ,可得正弦 PWM 脉冲电

流 。按照图 3 的矢量图 (以 A 相为例) 进行控制 ,可使
各相电流与对应的电网相电压反相 ,实现功率因数近

似为 1. 0 。

图 3 (a) 为不考虑滤波电感的情况 , 此时

g¾

U

A

=

g¾

U

A′

,

因为

g¾

I

C

1

的矢量总是保持超前

g¾

U

A

90°

,

且其大小与

g¾

U

A

成正比

,

因此

,

在已知

g¾

I

C

1

的条件下

,

按图 3 (a) 所示

的矢量图

,

控制

g¾

I

ra

就能保证回馈电网电能的功率因数

为 - 1

.

0 。图 3 ( b) 为考虑滤波电感时的矢量关系图 。

要保持回馈到电网的功率因数为 - 1

.

0

,

则必须控制

g¾

U

A

的矢量端点在与矢量

g¾

U

A′

相垂直的左侧水平线上

移动

[

3

]

,

由图可见

,

由于滤波电感的影响

,

电网电压

g¾

U

A′

和反馈电流

g¾

I

rA

(

图中虚线所示矢量

)

的夹角为

(

180°-

α

) ,

由于滤波电感的影响所引起的系统延迟

,

导致馈

网电能的功率因数不为 - 1

.

0

,

为此

,

应控制

g¾

I

ra

较不考

虑滤波电感时超前一个α角

,

使

g¾

I

rA

与

g¾

U

A′

反相位 。

采用矢量控制实现的电网与电机调速系统的相关

电流 、

电压波形及矢量关系以 A 相为例

,

示于图 4 。

图 4 中

,

g¾

I

A2

为电机定子 A 相电流 ,滞后 A 相电网

电压的角度为 φ

,

由图可以看出

,

为使电机调速系统的

cosφ= 1

.

0

,

可通过控制电流

g¾

I

ra

及

g¾

I

rA

使电机转子回馈

电网的电流较电压矢量提前 φ角

,

如图 4 中的

g¾

I

A3

,

达

到电机调速系统的吸收电流与电网电压同相位

,

使系

统的功率因数为 1

.

0 。

2

.

2 　系统功率因数补偿的实现

2

5

　

铁 　　道 　　学 　　报

第

26

卷