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摘 要：本文按照经济原則，探讨了几种电动机变频调速节能的方案，并挖掘其有关节约能源的有利优势。通过分析集中方案的优点和不足，将它们合理的分配在不同的位置。同时，还对节能效果好的电动机进行了简单的研究，仅供参考。
关键词：变频调速；节能方案；笼形异步电动机；无刷双馈电机
在火力发电厂中，泵与风机是最主要的耗电设备。据统计，截止到1994年底，全国火力发电厂有下述8种泵与风机：送风机、引风机、一次风机、排粉风机；锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵、灰浆泵。辅机电动机的正常运作对发电厂的用电情况会产生直接影响。随着我国电力事业的不断创新，厂网分家，竞价上网等政策的颁布及实行，有效地节约了发电厂的投资成本，提高了市场竞争水平。众多发电厂都以此为目标，因此对辅机电动机的需求量越来越大。
一、辅机电动机变频调速节能的方案
1、笼形异步电动机全功率变频调速节能
当前，高压变频器没有和低压变频器相同程度的拓扑结构，仅仅是在使用一定条件下的抗电压的器具。对于应对高压情况下的工作状态，各个生产变频器的公司都有自己的一套办法，造成了主电路之间截然不同的拓扑结构，然而也顺利地解决了高压和容量大的问题。总结起来一共有两种技术：第一种是低耐压器件的多重化技术，第二种是高耐压器件的多电平技术。
我国标准中压电压等级为6 kV和10 kV，火电厂中压辅机电动机以6 kV居多，少数小容量机组有3.3kV电压等级。若采用高压变频器，器件的电流利用率很低，出现“大马拉小车”的现象，投资偏高，不合理。建议开发1.7kV ，2.2 kV ， 3.3kV ， 4.16 kV等级的中压电动机，简化变频器、降低造价且提高可靠性。由此在变频器前需加一台网侧降压变压器，将6 kV电压降为所需的电压等级，虽然增加了投资，但可形成多脉冲整流，对减轻网侧谐波污染有利。
（1）高一低一低方案
当电机的功率在800 kW以下时，最好的方案是选用新的低压电机取代原有的高压电机，经输入降压变压器降压后，用低压变频器直接驱动电机调速。此方案性能优越，低压变频器技术成熟，不含高压器件，维护使用方便，变频器选择余地很大，投资最低。
（2）高一低一高方案
当电机的功率在800-1500 kW，用输入变压器将6 kV高压降为600 V（或460 V），用低压电流源型变频器变频后再用一台升压变压器升压至6000 V，驱动电机调速。此种方案价格比较合理，调速平稳，使用可靠。缺点是增加了输出升压变压器，而升压变压器是一台变频变压器，与试制变频电机一样，需研究整个调频范围内的各种技术参数的变化问题。
（3）高一中一中方案
对于电机功率在1000—2500 kW，如果将6 kV高压电机改为1.7kV ，2.2kV ，3.3 kV或4.16kV的中压电机，就可使用高耐压的功率器件如4500 V的IGBT或5500 V的IGCT，不串不并6个器件或采用三电平技术用12只功率器件组成变频器，成本低，可靠性高，也提高了系统的效率。也可选用采用多重化技术的单元串联式变频器，但其在3kV电压下，输出波形已无优势。
（4）高一高方案
若功率在3000 kW以上，且电压在6 kV或更高时，则首选方案应是采用多重化技术的单元串联式高压变频器。但只适用于象风机、水泵类不需要四象限运行的负载，若需四象限运行，如轧机、卷扬机设备等，则应考虑可四象限运行的变频器方案。该方案除使成本成倍增加外，对电机的绝缘问题也总是让人放心不下，由于IGBT电压型变频器有对电机绝缘提高一级的要求，不考虑这个问题有可能会出事，因为现役电机大多存在不同程度的绝缘老化问题。
2、无刷双馈变频调速电机节能方案
高压变频器的价格较高、操作系统复杂多变，给人们带来很多麻烦。因此，人们又发现了一种新的能够代替它的调速电机节能方案。在国外，已经有人提出过无刷双馈变频调速电机的想法，实验效果也相当成功。无刷双馈变频调速电机和双馈调速装置有相同的功能，都可以使用容量较小的变频器，来控制电机。这种方法最适宜应用到功率偏大的风机调速节能或者水泵负载节能中。它的优点是低成本，高收入，是一种发展前景较广的电机节能方案。
2.1无刷双馈电机的工作原理
无刷双馈电机虽然具备绕线式异步电机的一应特点，但是却没有电刷和能够滑环的电机。它是根据一套二电机的操作系统改造而成，也就是说，有两台绕线式电动机的转子共轴，两转子绕组相互联接。第一台电机的定了绕组接电网，输入功率，通过转了传给第二台电机的定了绕组；第二台电机的定了绕组称为控制绕组，相当于普通绕线式电机的转了绕组，接串调或双馈装置，实现调速。
现阶段，我国有人根据原来的电机研发出一种新的无刷双馈电机。它仅有一个转子，一套公用的磁路，和一个定子。定子中有两套不同极对数的绕组，一组称功率绕组，接三相电网，另一组称控制绕组，接变频装置。在两种绕组极对数确定的情况下，通过改变控制绕组变频器的输出频率即可实现电机的无级调速，调速的范围与极对数和二套电源的输出频率有关，
2.2无刷双馈电机的特征
与别的电机调速系统不同，无刷双馈电机具备以下优点：
（1）电机在使用过程中的总功率中，只有很小的一部分分配给调频功能。这样有利于较小变频器的容量，还有利于达到耐压的标准，能够节约部分成本；
（2）功率因数可调，可以提高调速系统的力能指标；
（3）传统的电刷和滑环系统的去除，保证了电机系统更有力的运行；
（4）电机与感应电动机之间的配合能力加强，就算遇到变频器出现问题的情况，电机仍然能正常使用；
（5）电机的转速仅与功率绕组和控制绕组的极数、频率及相序有关，而与负载转矩无关，因此电机具有硬的机械特性（同步机特性），并且转速的控制十分精确。无刷双馈电机的缺点是，起动特性较差，要借助感应起动器起动，适用于不是频繁起动的场合。
综上所述，无刷双馈电机与其他辅机电动机相比，有很多优点。它巧妙地在发电机原有的结构中加入变频技术，将二者统一结合起来，创造出了一种新型的电动机变频调速系统。是电机的结构设计与科技创新的产物，是电力技术与计算机技能的科学应用。它既能够节约电机变频调速的运行成本，同时还调整了变速，是一种经济有效的调速节能方案。
二、结语
因此，无刷双馈变频调速电机与笼形异步电动机等方案相比，具有更加突出的优势。它的操作功能齐全、价格合理，同时又具有广泛的应用空间，代表着发电机变频调速节能的前进方向。传统的异步电动机即使安装了降压的系统，但是运行的电流依然较大，这对电动机设备操作会产生一定的影响。运用变频调速虽然也产生了一些效果，但未能从实质上改善操作的电流情况。在当前的技术允许的条件下，全功率变频调速方案仍然是节能效果最好的方法。无刷双馈变频调速电机有利于减轻电动机的压力，延长设备的使用年限。不断地发明新的科学技术必然会推动合理的电动机的使用。只有这样才能使发电厂的辅机电动机变频调速技术更进步，取得更好的经济效益。
参考文献：
[1] 高娜，吴小泽，王钦若，刘建圻. 2.5MW转子侧变频调速节能系统的应用研究[J]. 变频器世界. 2013（10）
[2] 王焕云. 风机变频调速节能技术的应用[J]. 矿冶. 2013（S1）
[3] 卢春根. 浅议变频调速节能技术及其应用[J]. 科技资讯. 2012（01）
[4] 宋朝君，党新春，王立安. 煤矿加压水泵的变频调速节能机理[J]. 才智. 2012（12）
关键词：变频调速；节能方案；笼形异步电动机；无刷双馈电机
在火力发电厂中，泵与风机是最主要的耗电设备。据统计，截止到1994年底，全国火力发电厂有下述8种泵与风机：送风机、引风机、一次风机、排粉风机；锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵、灰浆泵。辅机电动机的正常运作对发电厂的用电情况会产生直接影响。随着我国电力事业的不断创新，厂网分家，竞价上网等政策的颁布及实行，有效地节约了发电厂的投资成本，提高了市场竞争水平。众多发电厂都以此为目标，因此对辅机电动机的需求量越来越大。
一、辅机电动机变频调速节能的方案
1、笼形异步电动机全功率变频调速节能
当前，高压变频器没有和低压变频器相同程度的拓扑结构，仅仅是在使用一定条件下的抗电压的器具。对于应对高压情况下的工作状态，各个生产变频器的公司都有自己的一套办法，造成了主电路之间截然不同的拓扑结构，然而也顺利地解决了高压和容量大的问题。总结起来一共有两种技术：第一种是低耐压器件的多重化技术，第二种是高耐压器件的多电平技术。
我国标准中压电压等级为6 kV和10 kV，火电厂中压辅机电动机以6 kV居多，少数小容量机组有3.3kV电压等级。若采用高压变频器，器件的电流利用率很低，出现“大马拉小车”的现象，投资偏高，不合理。建议开发1.7kV ，2.2 kV ， 3.3kV ， 4.16 kV等级的中压电动机，简化变频器、降低造价且提高可靠性。由此在变频器前需加一台网侧降压变压器，将6 kV电压降为所需的电压等级，虽然增加了投资，但可形成多脉冲整流，对减轻网侧谐波污染有利。
（1）高一低一低方案
当电机的功率在800 kW以下时，最好的方案是选用新的低压电机取代原有的高压电机，经输入降压变压器降压后，用低压变频器直接驱动电机调速。此方案性能优越，低压变频器技术成熟，不含高压器件，维护使用方便，变频器选择余地很大，投资最低。
（2）高一低一高方案
当电机的功率在800-1500 kW，用输入变压器将6 kV高压降为600 V（或460 V），用低压电流源型变频器变频后再用一台升压变压器升压至6000 V，驱动电机调速。此种方案价格比较合理，调速平稳，使用可靠。缺点是增加了输出升压变压器，而升压变压器是一台变频变压器，与试制变频电机一样，需研究整个调频范围内的各种技术参数的变化问题。
（3）高一中一中方案
对于电机功率在1000—2500 kW，如果将6 kV高压电机改为1.7kV ，2.2kV ，3.3 kV或4.16kV的中压电机，就可使用高耐压的功率器件如4500 V的IGBT或5500 V的IGCT，不串不并6个器件或采用三电平技术用12只功率器件组成变频器，成本低，可靠性高，也提高了系统的效率。也可选用采用多重化技术的单元串联式变频器，但其在3kV电压下，输出波形已无优势。
（4）高一高方案
若功率在3000 kW以上，且电压在6 kV或更高时，则首选方案应是采用多重化技术的单元串联式高压变频器。但只适用于象风机、水泵类不需要四象限运行的负载，若需四象限运行，如轧机、卷扬机设备等，则应考虑可四象限运行的变频器方案。该方案除使成本成倍增加外，对电机的绝缘问题也总是让人放心不下，由于IGBT电压型变频器有对电机绝缘提高一级的要求，不考虑这个问题有可能会出事，因为现役电机大多存在不同程度的绝缘老化问题。
2、无刷双馈变频调速电机节能方案
高压变频器的价格较高、操作系统复杂多变，给人们带来很多麻烦。因此，人们又发现了一种新的能够代替它的调速电机节能方案。在国外，已经有人提出过无刷双馈变频调速电机的想法，实验效果也相当成功。无刷双馈变频调速电机和双馈调速装置有相同的功能，都可以使用容量较小的变频器，来控制电机。这种方法最适宜应用到功率偏大的风机调速节能或者水泵负载节能中。它的优点是低成本，高收入，是一种发展前景较广的电机节能方案。
2.1无刷双馈电机的工作原理
无刷双馈电机虽然具备绕线式异步电机的一应特点，但是却没有电刷和能够滑环的电机。它是根据一套二电机的操作系统改造而成，也就是说，有两台绕线式电动机的转子共轴，两转子绕组相互联接。第一台电机的定了绕组接电网，输入功率，通过转了传给第二台电机的定了绕组；第二台电机的定了绕组称为控制绕组，相当于普通绕线式电机的转了绕组，接串调或双馈装置，实现调速。
现阶段，我国有人根据原来的电机研发出一种新的无刷双馈电机。它仅有一个转子，一套公用的磁路，和一个定子。定子中有两套不同极对数的绕组，一组称功率绕组，接三相电网，另一组称控制绕组，接变频装置。在两种绕组极对数确定的情况下，通过改变控制绕组变频器的输出频率即可实现电机的无级调速，调速的范围与极对数和二套电源的输出频率有关，
2.2无刷双馈电机的特征
与别的电机调速系统不同，无刷双馈电机具备以下优点：
（1）电机在使用过程中的总功率中，只有很小的一部分分配给调频功能。这样有利于较小变频器的容量，还有利于达到耐压的标准，能够节约部分成本；
（2）功率因数可调，可以提高调速系统的力能指标；
（3）传统的电刷和滑环系统的去除，保证了电机系统更有力的运行；
（4）电机与感应电动机之间的配合能力加强，就算遇到变频器出现问题的情况，电机仍然能正常使用；
（5）电机的转速仅与功率绕组和控制绕组的极数、频率及相序有关，而与负载转矩无关，因此电机具有硬的机械特性（同步机特性），并且转速的控制十分精确。无刷双馈电机的缺点是，起动特性较差，要借助感应起动器起动，适用于不是频繁起动的场合。
综上所述，无刷双馈电机与其他辅机电动机相比，有很多优点。它巧妙地在发电机原有的结构中加入变频技术，将二者统一结合起来，创造出了一种新型的电动机变频调速系统。是电机的结构设计与科技创新的产物，是电力技术与计算机技能的科学应用。它既能够节约电机变频调速的运行成本，同时还调整了变速，是一种经济有效的调速节能方案。
二、结语
因此，无刷双馈变频调速电机与笼形异步电动机等方案相比，具有更加突出的优势。它的操作功能齐全、价格合理，同时又具有广泛的应用空间，代表着发电机变频调速节能的前进方向。传统的异步电动机即使安装了降压的系统，但是运行的电流依然较大，这对电动机设备操作会产生一定的影响。运用变频调速虽然也产生了一些效果，但未能从实质上改善操作的电流情况。在当前的技术允许的条件下，全功率变频调速方案仍然是节能效果最好的方法。无刷双馈变频调速电机有利于减轻电动机的压力，延长设备的使用年限。不断地发明新的科学技术必然会推动合理的电动机的使用。只有这样才能使发电厂的辅机电动机变频调速技术更进步，取得更好的经济效益。
参考文献：
[1] 高娜，吴小泽，王钦若，刘建圻. 2.5MW转子侧变频调速节能系统的应用研究[J]. 变频器世界. 2013（10）
[2] 王焕云. 风机变频调速节能技术的应用[J]. 矿冶. 2013（S1）
[3] 卢春根. 浅议变频调速节能技术及其应用[J]. 科技资讯. 2012（01）
[4] 宋朝君，党新春，王立安. 煤矿加压水泵的变频调速节能机理[J]. 才智. 2012（12）