在铁岭—大连的输油管道技术改造工程项目中，我局从西德西门子公司引进了3套SIMOVERT A交流变频调速电机，分别安装在沈阳、大石桥和复县泵站。沈阳和复县泵站的两套设备已经投入运行。

异步电机结构简单，易于维护管理，经久耐用，造价低，应用广泛。国内、外都在探索这种电机调速和控制的新方法。

异步电机的转差率为: S=(n₀-n)/n₀,

由式(1)可知，异步电机转子的转速与电源频率f₁、磁极对数P和转差率S有关。改变f₁、P、S即可改变转子的速度。所以，异步电机有下列调速方法: 变频调速，变极调速: 变转差调速，包括①调压调速、②调转子电阻调速（绕线转子）③转子串级调速（绕线转子）。

上述调速方法中，变频调速在国内外愈来愈显示出极大的优越性。特别是到了70年代，西门子公司采用了矢量变换控制理论之后，变频调速技术更有了新的突破。从西门子公司引进的这种调速电机，即是变频调速的一种。它通过SIMOVERT A变频器来驱动和变频控制鼠笼式异步电机。

下面概要地介绍这种变频调速电机的拖动系统和技术性能。

1.   主电路

SIMOVERT A变频调速电机主电路见图 1。

图  1  变频调速电机主电路图

GR—整流器; WR—逆变器; L—电抗器; T—变压器; M一三相鼠笼式异步电机; U、V、W一相当我国50Hz电力网系统A、B、C三相

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2.   SIMOVERT A变频器

变频器按直流回路中滤波方法的不同而分为两种: 一种是电流型(电感滤波)﹔另一种是电压型(电容滤波)。该种变频系交—直—交电流型双重化变频器（包括主变频器和从变频器)。主或从变频器都是由整流器、滤波电抗器和逆变器所组成，是两套对称系统。该系统将50Hz交流电经整流器变为直流电，经滤波电抗器，输出稳恒、平直的直流电，再经逆变器将直流电变为频率可调的交流电，驱动鼠笼式异步电机转子旋转。主或从变频器主电路见图 2。

图  2  主或从变频器主电路图

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(1) 整流器(GR)  系三相桥式全控整流电路。有6个晶闸管，SCR1、3、5为共阴极（组）接法，SCR4、6、2为共阳极（组）接法。SCR1、4串联在一个桥臂上，接U₁相; SCR3、6串联在一个桥臂上，接V₁相SCR5、2串联在一个桥臂上接W₁相。

晶闸管的触发导通规律(见表 1)。

表  1  晶闸管导通规律

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a.导通顺序: 1→2→8→4→6

b.同时有两个晶闸管导通工作，分别在两相桥臂上，一个在共阴极组(阳极处于最高电位)，另一个在共阳极组(阴极处于最低电位)。这样，整流器输出的电压(即加在滤波电抗器输入端1L+，1L-的电压)为线电压值(u_2L)。

c.每个晶闸管导通电角120°，每隔电角60°触发导通下一个晶闸管。

d.按U₁、V₁、W₁相序，相邻两个桥臂的晶闸管换流导通。

整流器输出电压波形取决于控制角α的大小(设自然换相点即三相正弦电压波形交叉点为α=0)。变压器T星形二次线圈接主变频器，当α=0时输出电压波形见图 3。

图  3  三相桥式全控整流电路输出电压波形

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输出电压脉动频率为6×50=300Hz;

输出电压平均值

式中  

线电压有效值。

(2) 滤波电抗器(L)  由整流器(GR)输出的带有纹波的直流电压，经滤波电抗器滤去纹波使电压更加稳恒、平直。

该滤波电抗器有两组电抗线圈，最大电流870A，最小电流290A, 最大电感6mH, 最小电感3mH。

(3) 逆变器(WR)  把直流电变为交流电的过程称为逆变。它也分为两种: 一是有源逆变，即把直流电变为与电网同频率的交流电，再馈送到电网中去，另一是无源逆变，即把直流电变为某一频率或频率可调的交流电供给负载。SIMOVERT A系统的逆变器属于无源逆变过程。

该逆变器由6个晶闸管组成了三相桥式全控逆变电路。通过晶闸管有规律地触发导通，将直流电变为频率可调的交流电。晶闸管SCR11、13、15为共阳极（组）接法, SCR14、16、12为共阴极（组）接法。SCR11、14串联在一个桥臂上，该桥臂做为输出三相交流电的U₂相, SCR13、16串联在一个桥臂上，该桥臂做为输出三相交流电的V₂相; SCR15、12串联在一个桥臂上，该桥臂做为输出三相交流电的W₁相。

晶闸管具有的导通规律:

a.导通顺序，1→2→3→4→5→6;

b.同时有两个晶闸管导通工作，分别在两个桥臂上，一个在共阳极组，一个在共阴极组，使直流电通过电机定子的一相绕组构成回路;

c.每个晶闸管导通电角为120°，每隔电角60°触发导通下一个晶闸管;

d.按输出三相交流电U₂、V₂、W₂相序，相邻两个桥臂的晶闸管换流导通。晶闸管导通规律见表 2。

表  2  晶闸管导通规律

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每两个晶闸管导通一次称为一拍，每一拍经过电角60°，每一拍时间内逆变器都要输出直流电通过电机定子一相绕组，产生一定相位的磁势，每隔电角60°换流到下一拍，在定子另一相绕组内直流导通，磁势旋转电角60°，于是产生了旋转磁势，驱动鼠笼转子旋转。详见图 4(该电机定子绕组为角形接线，极对数P=1)。

图  4  各拍内电流通路、电流值及定子绕组磁势

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以图 4所示类推:

第Ⅲ拍，SCR13与SCR12导通，磁势F步进60°;

第Ⅳ拍，SCR13与SCR14导通，磁势F步进60°;

第Ⅴ拍，SCR15与SCR14导通，磁势F步进60°;

第Ⅵ拍，SCR15与SCR16导通，磁势F步进60°，即完成一周期。

逆变器输出直流电流通过电机定子每相绕组的波形见图 5。由此可见，流经每相绕组的电流波形是周期交变的120°方波，基波分量是正弦函数，在定子绕组内形成了对称的三相电流系统。

图  5  逆变器输出电流波形

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晶闸管靠触发脉冲去触发门极来实现导通，每隔电角60°触发一次，旋转磁势步进一拍，6拍完成基波电流的一个周期。那么，改变了一拍的时间，即可改变输出电流的周期(或频率)，实现变频调速。

(4) 逆变器的双重化  对于主或从变频器来说，其中逆变器只有一套，可称为单元化逆变器，每隔电角60°触发导通一次, 经6次触发导通，输出电流完成一个周期。因此，把这种逆变器称为6脉冲电流型逆变器。这种单元化逆变器产生脉动转矩，谐波损耗大，无功功率大，影响了逆变器有功功率的输出。SIMOVERT A变频器，由主、从变频器与两套定子绕组并联送行，组成了双重化逆变器。变压器次级线圈，一组为星形接线，另一组为角形接线，输出线电压相位差30°，逆变器输出电流相位差也是30°。这种双重化逆变器输出的方波电流进行迭加，12脉冲为一周期(相当于12脉冲单元化逆变器)，克服了6脉冲逆变器的缺点，使电机运行平稳，避免了机械谐振，提高了效率，收到了节能的效果(见图 6)。

图  6  主、从变频器并联时输出电流波形

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3.   交流变频调速电机应用前途

SIMOVERT A变频调速电机在使用中显示了优良的性能:

(1) 变频控制简单、易行、准确、可靠，变频范围宽，调速范围大，可以从5Hz调至50Hz。频率可以就地给定，亦可以远方给定，可以通过外部闭环来自动调节频率。

(2) 变压器、电机和变频器具有可靠的保护和故障显示系统。

(3) 节能效果显著。输油管道使用泵做原油（或成品油）输送的动力，过去用阀门节流，浪费了大量的能量。而调速电机用控制转速来达到节流。由于电机消耗的电功率与转速立方成正比，故可以大幅度的节能。尤其是鼠笼式异步电机运用变频调速(例如比绕线式异步电机)，就是更能取得良好的经济效益。

目前，国内的大连、北京、天津、上海、西安等地都在研究交流变频调速的技术和设备; 不仅研究大功率交流娈频拖动系统，而且也在研制和生产50kVA以下的中小容量交流变频拖动系统。