2 異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)原理
異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)是在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子回路中串入一個與轉(zhuǎn)子回路頻率相同的交流附加電勢，如圖1所示。通過改變附加電勢的幅值和相位實現(xiàn)調(diào)速。

異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)如何通過改變Ef相位調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。假定電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載，轉(zhuǎn)子每相電流，2為：

電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩M=CMφI2cosψ2，I2值的減小使電動機轉(zhuǎn)矩亦相應減小，電動機轉(zhuǎn)矩值小于負載轉(zhuǎn)矩值的狀態(tài)，穩(wěn)定運轉(zhuǎn)條件被破壞，迫使電動機降速。隨著轉(zhuǎn)速的降低，s的值增大，轉(zhuǎn)子電流I2回升，轉(zhuǎn)矩M亦相應回升，直到電動機轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等時，減速過程結(jié)束，電動機就在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，即串入與E2相位相反的附加電勢Ef幅值愈大，電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速就愈低。反之亦然。

3 異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)分析
串級調(diào)速裝置的容量與調(diào)速范圍成正比，當要求的調(diào)速范圍不寬時，裝置的容量較小，可降低費用。但傳統(tǒng)的晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)存在突出的缺點：功率因數(shù)低、無功損耗大。其原因有以下幾方面：
(1)串級調(diào)速系統(tǒng)中的逆變變壓器需要由電網(wǎng)吸收無功功率QB，這是造成總功率因數(shù)低的主要原因。
串級調(diào)速系統(tǒng)總的功率因數(shù)為：

串級調(diào)速系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收的總有功功率為P=P1一PB，而從電網(wǎng)吸收的總無功功率為Q=Q1+QB，使得串級調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)較低。
(2)串級調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子整流電路存在嚴重的換流重疊現(xiàn)象，引起電動機轉(zhuǎn)子電流落后于轉(zhuǎn)子電壓相位μ／2，使電動機本身運轉(zhuǎn)的功率因數(shù)變差，即cosψD=cosψcos(μ／2)
(3)串級調(diào)速系統(tǒng)中電動機和逆變變壓器的電流波形發(fā)生畸變，其電流的高次諧波分量引起無功的畸變功率，使串級調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)亦變壞。提高功率因數(shù)的關鍵是如何減少從電網(wǎng)中吸收的無功功率。

4 幾種改進串級調(diào)速方案分析
4．1 三相四線雙晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)
三相四線雙晶閘管串級調(diào)速的核心是在異步電動機轉(zhuǎn)子回路串入4線式變流器，該電路用輔助的晶閘管為無功功率提供了通路，從而提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。其控制方法是通過控制主橋晶閘管和輔助晶閘管輪流導通，使逆變橋直流側(cè)電壓在線電壓與相電壓之間跳變，從而達到提高功率因數(shù)的目的。
4．2 新型GTO串級調(diào)速系統(tǒng)
新型GT0串級調(diào)速系統(tǒng)是在逆變器的直流側(cè)并聯(lián)一個GTO元件，并通過PWM方式控制GT0的導通和關斷，改變直流回路逆變電壓，從而調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。該方案中PWM的控制方式，可按逆變器的逆變角β固定在正角或β角固定在負角兩種不同方式控制，達到不同情況下提高裝置功率因數(shù)的目的。
4．3 新型三相四線雙IGBT串級調(diào)速方案
對于新型GTO串級調(diào)速系統(tǒng)，尤其在β角為負的情況下，通過裝置向電網(wǎng)回饋無功，較大地改善了系統(tǒng)功率因數(shù)，但其回饋電流的波形較差，電壓損失較大，晶閘管關斷不可靠，由于采用PWM控制，系統(tǒng)裝置也比較復雜。
為此，需要尋求一種簡單、高效的新型轉(zhuǎn)差回饋調(diào)速裝置，使其能更大程度地提高系統(tǒng)功率因數(shù)，從而引入三相四線制雙IGBT串級調(diào)速方案，其原理如圖2所示。繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子輸出電壓，經(jīng)整流后與三相橋式晶閘管逆變電路相連；VT7，VT8為兩個輔助開關元件IGBT，它為無功功率提供了通路，RCD網(wǎng)絡并聯(lián)于IGBT兩端，起限制IGBT峰值電壓的作用。