高压定子变频与高压转子变频对比2.doc

高压(定子)变频与高压转子变频 的技术及经济性能比较 电机拖动系统调速来自两方面的要求，一是生产工艺上的要求，二是节能的要求。以往只重视工艺要求，多采用耗能型工艺生产方式（如阀门、挡板调节流量）或低效的调速技术（如液力耦合器、转子串电阻调速等），节能效率低，造成大量电能浪费，随着“节能减排”的要求，目前均开始采用高效调速节能技术。 在交流异步电机高效节能调速方面，据不同用途主要是用定子变频调速技术或转子变频技术。定子变频技术控制电机的定子侧供电电源,变流装置要承受6Kv或10Kv高压,控制电机全部功率;而转子变频技术控制电机的转子侧,变流装置仅承受转子回路低电压,控制很小的转子转差功率。就节电率而言，转子变频技术是最高的，就在泵与风机类负载应用上，转子变频技术又是最为适合的。下面就变频技术与转子变频调速在技术实现方法及各自的特点上作如下简要分析和比较： 1.变频调速 三相异步电机定子旋转磁场的速度称为同步转速，电机转子及其拖动的泵、风机在额定负载下的转速略低于同步转速（称为异步）。而旋转磁场转速（以下称同步转速）取决于供电电源频率和电机极数,而确定的电机其极数是确定的，则同步转速只取决于电源频率。在额定负载下，电机转子的额定转速也便取决于电源频率。 变频调速技术是在电机供电电源与电机定子间加入一个可改变电机供电电源频率的变流装置，将通常50HZ工频交流电源变为频率可调的交流电源（要同时调压），如下图所示： 图 5高压变频调速示意图 这样，变频技术的根本点在于控制电机定子的供电电源的频率和电压。由于是改变电机供电电源的频率，理论上讲，它可以使电机从0转速一直到任意转速（达超同步速），当然实际上达不到。但它同样带来严重的技术困难和相对较大的自身功耗（影响节电率）。这是因为作为变频器这种变流过程（包括转子变频调速装置）都是由半导体电力电子器件进行整流及逆变而实现的。而变流过程需要电力电子器件能承受相应工作电压（这是电力电子器件最重要的），同时在变流过程中产生功率损耗。功率损耗与通过变流装置的电能功率成正比。 如上所述，对于电厂或其它工业用高压大电机，变频器中的半导体开关器件等要承受6kv或10kv高压。目前单个半导体开关承受不了，因而在变频器中采用各种降压再升压，或电力半导体器件串、并联及复杂的整流逆变，矢量控制技术来解决承受高压的困难。另外，通过变频器的功率(或叫变频器控制的功率)，是供给电机的全部功率，这就带来几个方面的问题： 自身装置庞大、复杂、控制变压器为电动机功率的1.25倍容量。 产生的对电网谐波及对电机的谐波大(因变流功率大)，所以需要加入各种抑制谐波的装置。 虽一般称变频调速还可直接用原鼠笼电机，但一般鼠笼电机要考虑因转速下降使冷却通风量降低及谐波造成的电机发热，绝缘老化等问题，因而对大型电机，最好改用特制的变频电机。 由于装置本身复杂、庞大，造价高，维护费用很高。 在高压大容量电机使用领域，技术尚欠稳定可靠。 自身功耗大（一般为电机额定功率的3~6%），节电率受影响。 运行条件苛刻,须加防尘及大容量制冷散热空调(因自身功耗大),进一步增加了电耗和运行维护量。 2.转子变频调速 串级调速是十分经典的电机调速方法。它的根本点不是去控制电机的供电电源频率和电压，转而控制转子电流，从而改变电机的转差率进行调速。转子变频串级调速的原理如下图所示： 图 6转子变频调速原理图 电机定子供给转子的功率（电磁功率）分为两部分：大部分变成机械功率拖动泵与风机负载，一小部分成为因转速差（比同步转速低）而产生的转子回路的转差电功率。通过在转子回路串入转子变频调速装置加入一个可调反电势来控制转子电流,从而调节电机的转速(改变了机械功率输出),由于转速差(转子转速与同步转速的差)而产生的转子的转差功率又经转子变频调速装置反馈回电网或内馈电机的定子反馈绕组而回收，从而达到调速和高效节能的目的。调速范围为额定转速以下均可,一般最低到45%额定转速足已。由于转子回路因调速而产生的最大转差功率仅为电机额定功率的14.815%（对泵、风机类负载），转子回路感应电压仅为几百伏，因而在转子回路加入转子变频调速装置（变流装置），通过控制转子回路反电势大小来调速带来如下突出的技术优势： 变流装置（转子变频调速装置）中的电力半导体器件承压仅为几百伏，最高不超过1.5kv,比6KV低得多，单只半导体开关足可安全承受。 变流装置控制功率仅为电机额定功率的14.815％，这便带来诸多好处： 自身功耗不到电机额定功率的１％；节电率比变频高出2－5个百分点。 自身因变流产生的谐波小(因变流的功率小)，无须加滤波装置。 系统结构简单，控制容易。 装置尺寸小，对环境要求低,一般厂房自然环境既可，可靠性高。 本身造价低，维护简单，费用少。 因而，转子变频调速具有以控制低