高壓變極調(diào)速電機系統(tǒng)與高壓變頻器調(diào)速之比較

　　變頻調(diào)速技術(shù)已在國民經(jīng)濟很多領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用，其節(jié)能效果也得到了大多數(shù)人的認可。由交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式n=60f/p×(1-s)可知，當電機極對數(shù)一定，轉(zhuǎn)差率變化不大時其轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，而變頻器的功能就是根據(jù)電機負荷的變化而改變電源頻率，從而達到調(diào)速的目的，進而使電機的出力隨負荷的變化而變化實現(xiàn)節(jié)能降耗。其節(jié)能效果在離心機械（泵和風機）的拖動中尤為突出。因為風機在設(shè)計選型時，其最大送風量多半要增加一個安全系數(shù)，一般選用1.2左右，也就是說工業(yè)用風量即使是計算值的最大用風量，也僅是風機最大送風量的1/1.2=0.833，而1-0.833=0.167的風量由風門擋板消耗掉從而造成很大的能量浪費。如果采用變頻器改變電機的轉(zhuǎn)速，使風機的送風量正好是實際用風量，則風門擋板全打開，就避免電能的白白浪費。

　　由此可見，用改變電源頻率的方法達到節(jié)電的目的是非常成功的。現(xiàn)在從小到家用電器（空調(diào)、冰箱），大到工業(yè)用泵和風機都在用變頻調(diào)速技術(shù)進行節(jié)電降耗，應(yīng)該說這是很可喜的現(xiàn)象，也是應(yīng)該肯定的。但是，變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)上的推廣應(yīng)用仍存在一些問題，值得我們嚴重關(guān)切。特別是高壓大功率變頻器的應(yīng)用更應(yīng)引起我們注意。而這些問題的客觀存在也必然影響到高壓變頻器的推廣應(yīng)用。高電壓（6kV或10kV）變頻器應(yīng)用中以下幾個問題值得重視：

　　1) 高壓變頻器價格普遍偏高。投入運行后，一般需要3年左右才能用節(jié)能效益將投資收回，一般企業(yè)難以承受。

　　2) 高壓變頻器屬于高技術(shù)產(chǎn)品，對使用維護人員有著較高的技術(shù)要求。一般電工對高壓變頻器進行操作維護難度較大。

　　3) 高壓變頻器是由電力電子元件所構(gòu)成，一般情況下可正常運行3～5年。而3～5年之后，有些元器件行將先后壽終正寢，高壓變頻器故障必然頻繁發(fā)生，甚至使整個系統(tǒng)無法正常工作。企業(yè)為應(yīng)付變頻器的維修將付出很大的代價。作為企業(yè)來說，一個高價購入的發(fā)生故障的設(shè)備棄之可惜，修之太貴，實在頭疼。

　　4) 高壓變頻器的運行，必然產(chǎn)生高次諧波，雖然有些高檔變頻器已采取了抑止諧波的措施，但其價格必然更貴。對一般常用變頻器而言則高次諧波的產(chǎn)生不可避免，為保證低壓電器的正常工作，就必須對諧波進行治理。往往用于治理諧波的費用比購入變頻器的投入還要高，使企業(yè)難以承受。

　　5) 對于一個企業(yè)的變電站來說，其容量都是有限的。變頻器的用電量絕對不能超過廠用變電站容量的30%。若超過，則其所產(chǎn)生諧波將非常嚴重，它除了增加線路損耗外，更會使全廠的低壓用電設(shè)備（例如電腦等）不能正常工作，甚至燒毀。同時電機的絕緣層也會受到一定的損傷。

　　由于以上問題的客觀存在，高壓變頻器的推廣應(yīng)用就受到了一定制約。但節(jié)能減排的現(xiàn)實又要求我們采取其他措施將泵和風機的能耗降下來。為解決這個問題，必須提出確實可行的替代方案。

　　對于感應(yīng)電動機的調(diào)速，除了變頻調(diào)速外，還有很多方案可供選用，諸如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、串極調(diào)速、內(nèi)反饋調(diào)速等。用戶可根據(jù)泵和風機負荷的具體情況進行選擇，但其中采用高壓近極比雙速電動機則應(yīng)為可優(yōu)先考慮的調(diào)速方案。

　　從公式n=60f/p×(1-s)可知，若電源頻率f轉(zhuǎn)差率s不變，則改變電機的極對數(shù)即可改變電機的轉(zhuǎn)速。而泵和風機的風量與其轉(zhuǎn)速一次方成正比變化，而風壓的變化同轉(zhuǎn)速的平方成比例，軸功率又隨電機轉(zhuǎn)速的三次方變化，即Q2/Q1=n2/n1，H2/H1=(n2/n1)2，P2/P1=(n2/n1)3。例如對于10極(n1=600r/min)1000kw電機來說，則12極（n2=500）時風機的風量Q2/Q1=500/600=0.833,而風壓變化H2/H1=(500/600)2=0.69，風機軸功率變化P2/P1=0.8333=0.578，若工業(yè)用風量僅是風機高速（n1=600r/min）時最大風量的0.833，則電機可轉(zhuǎn)入低速運行，將風門全部打開。此時電機的輸出功率為P2=1000×0.578=578kw，比電機高速運行時節(jié)電1000-578=422kw左右；若工業(yè)用風量減少，可調(diào)風門擋板開度來滿足要求，其節(jié)電量仍是422kw左右。如果工業(yè)用風量為0.83維持不變則電機一直低速（n1=500r/min）運行，若用風量大于0.83，電機可切換到高速（n1=600r/min）運行。

　　選用高壓近極比雙速電機方案雖然節(jié)能效果比變頻調(diào)速方案節(jié)電效果可能低一些，但雙速電機價格低，變頻器所存在的問題雙速電機都不存在。雖然如此，但高壓雙速電機為什么未能推廣使用呢？主要是高壓雙速電機在技術(shù)方案上還不完善，還未真正形成產(chǎn)品。媒體也有對現(xiàn)有電機進行雙速改造的報道，并且取得了一些節(jié)能效果，但技術(shù)上還不完善，定子繞組需引出多個引出線進行停機切換。一般需要3~7個三相開關(guān)，不能進行遙控集中管理，操作復雜，容易出錯。倍極比（如4/8極比）高壓雙速電機曾有報道，但由于電機速比太大而實際應(yīng)用意義不大。

　　由武漢金路達電機有限公司研制開發(fā)的新型高壓單繞組近極比雙速電機解決了高壓大型雙速電機所存在的一系列問題并且形成產(chǎn)品，其主要特點是：

　　1、新型高壓近極比雙速電機同原用的單速電機的機座號完全相同，原來的所有控制系統(tǒng)都原樣保留，僅將原單速電機換為雙速電機即可。新電機除留原用電機的轉(zhuǎn)速（高速）外，還可切換為低速運行。

　　2、在兩種工作速度下，確保電機效率均在94%以上，功率因數(shù)均在0.85以上，使電機高、低速運行時均保持高效率，達到電機本身節(jié)能的要求。

　　3、新型高壓近極比雙速電機的起動性能好，對電網(wǎng)沖擊小，起動電流是電機額定電流的3～4倍，起動轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的1.2~1.6倍，電機動態(tài)切換時，切換電流是額定電流1.2倍左右。

　　4、電機控制系統(tǒng)簡單，僅用兩只三相真空開關(guān)即可完成高/低速動態(tài)在線切換，并可進行遙控集中操作。

　　5、繞組接線圖、控制柜接線圖

　　6、新型高壓雙速電機可以適用于6極以下的各種近極比工況如：如6/8、8/10、10/12、12/14等。他們所拖動的風機低速時對應(yīng)的風量為高速時風量的0.75、0.8、0.83、0.857。凡是用風量等于上述風量時，風門可全部打開，小于上述風量的均可用原有的風門擋板進行調(diào)節(jié)，對應(yīng)的節(jié)電率分別為0.578、0.488、0.422、0.371。若工業(yè)用風量大于低速時的最大供風量，可將電機切換到高速運行并用風門調(diào)節(jié)。根據(jù)用戶的要求，也可制造成4速電機，如：6/8/10/12。用于自來水公司的供水系統(tǒng)，水泵可根據(jù)供水網(wǎng)水壓的變化而自動進行轉(zhuǎn)速切換達到節(jié)電目的。新型高壓雙速電機也可設(shè)計為遠極比，例如4/40、6/60等，典型的應(yīng)用如煉鐵高爐除塵風機。高爐出鐵時風機高速運行，應(yīng)以最大風量除塵，而高爐煉鐵時除塵風機應(yīng)基本處于待速狀態(tài)運行；此時電機可切換到最低轉(zhuǎn)速，高爐再出鐵時風機又自動切換為高速運行，滿足除塵要求，從而達到節(jié)電目的（其節(jié)電率可達50%左右）。若選用單速電機則在煉鐵時風機仍大風量工作，必然造成能源浪費。