高壓變極調(diào)速電機(jī)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(jì)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(rèn)可。由交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n=60f/p×(1-s)可知，當(dāng)電機(jī)極對數(shù)一定，轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)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(jī)負(fù)荷的變化而改變電源頻率，從而達(dá)到調(diào)速的目的，進(jìn)而使電機(jī)的出力隨負(fù)荷的變化而變化實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。其節(jié)能效果在離心機(jī)械（泵和風(fēng)機(jī)）的拖動(dòng)中尤為突出。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時(shí)，其最大送風(fēng)量多半要增加一個(gè)安全系數(shù)，一般選用1.2左右，也就是說工業(yè)用風(fēng)量即使是計(jì)算值的最大用風(fēng)量，也僅是風(fēng)機(jī)最大送風(fēng)量的1/1.2=0.833，而1-0.833=0.167的風(fēng)量由風(fēng)門擋板消耗掉從而造成很大的能量浪費(fèi)。如果采用變頻器改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量正好是實(shí)際用風(fēng)量，則風(fēng)門擋板全打開，就避免電能的白白浪費(fèi)。

　　由此可見，用改變電源頻率的方法達(dá)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(fēng)機(jī)都在用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)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(yán)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(gè)問題值得重視：

　　1) 高壓變頻器價(jià)格普遍偏高。投入運(yùn)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(hù)人員有著較高的技術(shù)要求。一般電工對高壓變頻器進(jìn)行操作維護(hù)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(yùn)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(gè)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(jià)。作為企業(yè)來說，一個(gè)高價(jià)購入的發(fā)生故障的設(shè)備棄之可惜，修之太貴，實(shí)在頭疼。

　　4) 高壓變頻器的運(yùn)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(jià)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(jìn)行治理。往往用于治理諧波的費(fèi)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(gè)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(yán)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(shí)電機(jī)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(shí)又要求我們采取其他措施將泵和風(fēng)機(jī)的能耗降下來。為解決這個(gè)問題，必須提出確實(shí)可行的替代方案。

　　對于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(fēng)機(jī)負(fù)荷的具體情況進(jìn)行選擇，但其中采用高壓近極比雙速電動(dòng)機(jī)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(jī)的極對數(shù)即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。而泵和風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與其轉(zhuǎn)速一次方成正比變化，而風(fēng)壓的變化同轉(zhuǎn)速的平方成比例，軸功率又隨電機(jī)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(jī)來說，則12極（n2=500）時(shí)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q2/Q1=500/600=0.833,而風(fēng)壓變化H2/H1=(500/600)2=0.69，風(fēng)機(jī)軸功率變化P2/P1=0.8333=0.578，若工業(yè)用風(fēng)量僅是風(fēng)機(jī)高速（n1=600r/min）時(shí)最大風(fēng)量的0.833，則電機(jī)可轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行，將風(fēng)門全部打開。此時(shí)電機(jī)的輸出功率為P2=1000×0.578=578kw，比電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)節(jié)電1000-578=422kw左右；若工業(yè)用風(fēng)量減少，可調(diào)風(fēng)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(fēng)量為0.83維持不變則電機(jī)一直低速（n1=500r/min）運(yùn)行，若用風(fēng)量大于0.83，電機(jī)可切換到高速（n1=600r/min）運(yùn)行。

　　選用高壓近極比雙速電機(jī)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(jī)價(jià)格低，變頻器所存在的問題雙速電機(jī)都不存在。雖然如此，但高壓雙速電機(jī)為什么未能推廣使用呢？主要是高壓雙速電機(jī)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(jī)進(jìn)行雙速改造的報(bào)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(gè)引出線進(jìn)行停機(jī)切換。一般需要3~7個(gè)三相開關(guān)，不能進(jìn)行遙控集中管理，操作復(fù)雜，容易出錯(cuò)。倍極比（如4/8極比）高壓雙速電機(jī)曾有報(bào)道，但由于電機(jī)速比太大而實(shí)際應(yīng)用意義不大。

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

　　1、新型高壓近極比雙速電機(jī)同原用的單速電機(jī)的機(jī)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(jī)換為雙速電機(jī)即可。新電機(jī)除留原用電機(jī)的轉(zhuǎn)速（高速）外，還可切換為低速運(yùn)行。

　　2、在兩種工作速度下，確保電機(jī)效率均在94%以上，功率因數(shù)均在0.85以上，使電機(jī)高、低速運(yùn)行時(shí)均保持高效率，達(dá)到電機(jī)本身節(jié)能的要求。

　　3、新型高壓近極比雙速電機(jī)的起動(dòng)性能好，對電網(wǎng)沖擊小，起動(dòng)電流是電機(jī)額定電流的3～4倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的1.2~1.6倍，電機(jī)動(dòng)態(tài)切換時(shí)，切換電流是額定電流1.2倍左右。

　　4、電機(jī)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(dòng)態(tài)在線切換，并可進(jìn)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(jī)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(dòng)的風(fēng)機(jī)低速時(shí)對應(yīng)的風(fēng)量為高速時(shí)風(fēng)量的0.75、0.8、0.83、0.857。凡是用風(fēng)量等于上述風(fēng)量時(shí)，風(fēng)門可全部打開，小于上述風(fēng)量的均可用原有的風(fēng)門擋板進(jìn)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(fēng)量大于低速時(shí)的最大供風(fēng)量，可將電機(jī)切換到高速運(yùn)行并用風(fēng)門調(diào)節(jié)。根據(jù)用戶的要求，也可制造成4速電機(jī)，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(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速切換達(dá)到節(jié)電目的。新型高壓雙速電機(jī)也可設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)極比，例如4/40、6/60等，典型的應(yīng)用如煉鐵高爐除塵風(fēng)機(jī)。高爐出鐵時(shí)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，應(yīng)以最大風(fēng)量除塵，而高爐煉鐵時(shí)除塵風(fēng)機(jī)應(yīng)基本處于待速狀態(tài)運(yùn)行；此時(shí)電機(jī)可切換到最低轉(zhuǎn)速，高爐再出鐵時(shí)風(fēng)機(jī)又自動(dòng)切換為高速運(yùn)行，滿足除塵要求，從而達(dá)到節(jié)電目的（其節(jié)電率可達(dá)50%左右）。若選用單速電機(jī)則在煉鐵時(shí)風(fēng)機(jī)仍大風(fēng)量工作，必然造成能源浪費(fèi)。