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1、转子变频调速与高压变频调速的比较电力资源和水力资源供求矛盾日益突出，节电、节水已经成为我国经济发展的一项战略国策。节电、节水的关键是风机、泵类的调速经济运行。我国发电总量的60%以上是通过电动机消耗的，其中一半以上用于各种风机和泵类。如果以调速传动代替原有的恒速传动，通过改变转速来调节流量和压力，取代传统的用风挡板和阀门调节的方法，平均可节约电力30%左右，估计全年可节电数百亿度。目前在高压大功率风机泵类负载的电机调速中应用最为广泛的两种调速方式是转子变频调速与高压变频调速。下面我们从几个角度对二者进行对比。1、调速原理1.1 交流调速的功率控制原理根据异步机的能量转换与传输原理，异步机等效于
2、图1的功率圆模型。图1A鼠笼转子的异步机模型 图1B 绕线转子的异步机模型异步机的定子与电源相联，从中吸收电功率P1，同时吸收感性无功功率建立旋转磁场，将定子的电磁功率传输给转子，转子将此电磁功率转化为机械功率输出。定子的电磁功率表示为（E1）：PemP1-P1，即输入功率与损耗功率之差转子的电磁功率则为（E2）：PemPM+P2，为机械功率与转子损耗功率之和。定、转子的电磁功率相等，只是表达形式不同。根据力学原理，异步机的角速度（E3）：=PM/T，其中，PM为异步机的机械功率，T为输出转矩。由方程（E2）可得，转子输出的机械功率表示为（E4）：PMPemP2，则异步机输出的角速度可表示为（
3、E5）：=Pem/T-P2/T，式中的Pem/T=0，称为理想空载角速度（E6），P2/T=，称为角速度变化量（E7）。由（E6）、（E7）变换后，有（E8）：nnon由此可见，交流调速的实质在于功率控制，即电磁功率控制和损耗功率控制两种原则。电磁功率控制改变的是理想空载转速，而损耗功率控制则是增大转速降，前者是高效率节能型调速，后者则是低效率的耗能型调速。调速性能取决于调速原理，高效率交流调速的关键在于如何控制电磁功率，至于选择定子控制还是转子控制，仅仅是对象的不同，并没有本质的区别。1.2 转子变频调速原理所谓转子变频调速是一种将调速电机的部分转子功率（即电转差功率）移出来，以电能的形式反
4、馈给电机内部的调节绕组的特殊调速方式，是转子电磁功率控制的调速。内馈调速的能量原理可以用图2得以说明。图2 内馈调速的功率圆图电机调速时，转子的部分功率通过电传导馈入反馈绕组，如果忽略损耗，反馈绕组所获得的功率与转子被移出的功率相等，表现在图中，为转子功率圆部分面积与反馈绕组功率圆面积相等。由于转子的部分功率被移出，故转化的机械功率减小，因此电机转速下降。这样，转子被移出的功率越大，反馈绕组的功率就越大，而机械功率就越小，转速就低；反之则机反；当反馈绕组功率为零时，机械功率几乎和转子功率相等，电机转速最高。根据电机调速的P理论，转子变频调速的实质在于将转子的部分电磁功率移出，使余下的转子功率转
5、化为机械功率，因此移出的功率越多，转化的机械功率越少，电机转速则越低。因此，改变移出功率的多少，即可控制机械功率大小，电机转速便得以调节。图中转子斜线阴影部分面积表示移出功率，为了使移出的转子功率不被消耗，以提高效率，内馈电机特殊设置了反馈绕组，目的是接收从转子移出的功率。反馈绕组在接收移出功率的同时，又将这部分功率送还给定子。定子绕组功率P1=Pem-P3=PM，即定子绕组共出的只是机械功率。因此在调速时，机械功率圆面积减小，定子功率圆面积也减小，电机实现高效率的节能运行。斩波实际是变流主电路的数字控制。变流控制是交流调速的关键，关系到调速效率、功率因数、可靠性及其它技术性能，是近代交流调速
6、研究开发的重点方向。斩波控制的目的是克服移相控制存在的缺点。实践表明，斩波控制不仅有效地解决了移相控制的功率因数低、谐波畸变大等问题，同时，有源逆变器的最大容量可减小到电机额定容量的14.8%，而且触发脉冲被固定在最小逆变角处，不再移动，这样，就从根本上解决了最为头疼的有源逆变器可靠性问题。这种斩波电路巧妙地解决了晶闸管的关断问题，可靠性高，效率高，使内馈调速摆脱了移相控制的束缚，形成斩波+内馈的优化组合。1.3 高压变频调速原理从功率控制角度来讲，高压变频调速是典型的控制定子电磁功率的调速，是间接控制转子电磁功率的调速。此时定子电磁功率表示为（E9）：PemP1P1，而（E10）：P1m1U
7、1I1cos1，因此可通过调节U1（ 受转矩平衡方程式约束不能作为控制量）来改变定子电磁功率，由于定、转子电磁功率相等，间接实现了转子电磁功率控制，进而实现了异步机机械功率控制，达到调节转速的目的。其调速原理如图3所示。但单纯调压并不能实现定子电磁功率控制，原因是U1不但影响电磁功率，而且还作用于磁场，根据电机学，主磁通为（E11）：m=E1/（1.414N1kr1f1）K（U1/f1），如果单纯调压，U1降低使m减小，而U1增大m受磁饱和限制不能增大，U1的减小将引起损耗功率急剧增大。为了解决上述问题，应根据式（E3）在调压的同时，正比地改变频率f1 ，使m保持不变，即变频调速实质上是通过同
8、时控制电压和频率来实现高效率的电磁功率控制的调速方案。图3 变频调速的功率控制原理1.4 结论高压变频调速与转子变频调速同属控制电磁功率的高效率无级调速，其机械特性同为平行曲线族，两者的调速技术性能没有明显差异。高压变频调速与转子变频调速最大的不同在于高压变频是立足于电机定子的功率控制，而转子变频调速则是立足于转子的功率控制。因此，高压变频最大的优势是适用于鼠笼型与绕线型异步机，而转子变频则仅适用于绕线型异步机。但转子控制回避了定子控制的高压问题，对高压电机可以实现低压控制。而且控制装置与电机的轴输出口是并联联接，这样就可依工况需要而灵活选择调速范围，因而降低控制装置的容量。目前转子变频与内馈
9、电机完美结合，有效解决了转子变频仅适用于绕线型电机的局面，赢得了更广泛的市场前景，提升了性能水平，更突出转子变频器的优特点。为了提高滑环、电刷的可靠性，内馈电机在材料、材质上做了革新，同时采取了局部风冷措施，这样可使电刷寿命比普通绕线机提高一倍以上。此外，转子控制由于电磁隔离作用，控制装置对电源的畸变影响很小，而高压变频的定子控制直接与电网联接，谐波污染较大。2、 转子变频调速技术指标与高压变频调速的对比2.1价格低：价格仅为同类产品价格的1/22/3。2.2可靠性：电力电子器件为低压大电流的，转子变频调速以低压（一般660V以下）控制高压（6KV、10KV），从而设备运行可靠；而高压变频调速
10、不可避免的遭遇电力电子器件耐压问题，现场运行中的故障多为功率器件过压击穿所致。2.3效率：斩波内馈调速98% ，变频调速因必须配套变压器94%（变压器本身耗电率3%-4%）。2.4谐波：电流畸变率小，而且由于转子的隔离作用不会反馈至电网，谐波含量3%（比国标低许多）无污染，是绿色环保产品。变频调速的谐波高，且直接污染电网，并影响其它自动化控制系统的正常运行，必须加装滤波装置。2.5控制系统：转子变频调速在转子侧实施调速控制，其控制功率仅为电机功率的14.8%，所以控制系统的结构简单，体积小；而高压变频调速是在电机定子侧实施控制，控制功率要大于电机功率，一般为（1.2-1.3）倍的电机功率，而且
11、必须配套变压器（内置或外置），所以，其控制系统结构复杂，体积庞大，占地面积大。2.6节能效果：同等工况下，斩波内馈调速比变频调速节能率平均高5-8%左右。工况允许的情况下，转子变频调速的节能率可达40-50%。2.7电机的改造：高压变频调速系统由于其变流技术的复杂性，会严重损坏普通电机的使用寿命，一般也需配套专用电机。3、应用现状高压变频器是在低压变频器已成功应用的基础上发展起来的，其开发和生产的难度在于：一、高压变频器由于供电电压高，而目前世界上电力电子器件的耐压水平还不能与此要求相适应；二、高压变频器由于控制的功率大，其技术难度大，制造技术要求高，所以资金投入大，而高压变频器主要应用于风机泵类负载的调速节能运行，需低投入。CEDT系列转子变频调速装置是北京中电汇达科技有限公司推出的第三、第四代最新改进型产品，由YRCT型试用于斩波控制的内馈调速电机与ZD100型高压斩波内馈变频调速控制装置组成，第三代与第一代移相触发适和第二代贯通式内馈调速相比，无论在技术性能和可靠性方面都取得了质的进步。由于是低压控制高压，可采用成熟的电力电子器件，同时资金投入小，
