exploration of the energy saving plan for the high powe motor variable
frequency adjusting speed in the power plant
abstract: this paper out the giant latant of variable frequency energy saving from the urgency of the high power motor’s energy saving in the power plant. accroding to the economical principle. it puts forward several plans and analyzes the advantages, disadvantages and the application scope. it also talks of some views about the economical and rational voltage level of motor and power supply.
key words: varialole frequency adjusting speed. brushless doubly-fed machines(bdfm). perfect harmonieless invertar, cell series multi-level pwm(csml). meutral point clamped(npc).
1 火力发电厂高压辅机电动机节能降耗的迫切性及调速节能的巨大潜力
泵与风机在国民经济各部门的数量众多，分布面极广，耗电量巨大。据有关部门的统计，泵与风机的耗电量约占全国电力消耗总量的40%左右。目前，泵与风机运行中还有很大的节能潜力，其潜力控掘的主要方向是提高泵与风机的运行效率。据估计，提高泵系统和风机系统运行效率的节能潜力达300~500亿kw·h，相当于5~10个装机容量为1000mw级的大型火力发电厂的发电总量。
在火力发电厂中，泵与风机也是最主要的耗电设备。据统计，截止到1994年底，全国火力发电厂下述八种泵与风机：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、灰浆泵配套电动机的总容量为15000mw，年总用电量为520亿kw·h，占全国火力发电量的5. 8%。
辅机电动机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低。随着电力行业改革的不断深化，厂网分家，竞价上网等政策的逐步实施，降低厂用电率，降低发电成本提高电价竞争力，已成为各火力发电厂努力追求的经济目标，要求越来越迫切。
由电力拖动原理可知，风机和水泵类负载属平方转矩负载：即电动机轴上的转矩与其转速的平方成正比（即t1/t2=k·（n1/n2）2。按照流体机械的相似规律，当风机的静压等于零或水泵的静扬程等于零时，风机与水泵的流量与转速成正比，其出口压强与转速的平方成正比，而电动机轴功率则与转速的立方成正比：
；
；
。
如果流量下降到额定流量的80%的话，电动机轴功率将下降到额定值的51.2%；如果流量下降到额定流量的60%的话，那么轴功率将下降到额定值的21.6%。当然，实际上还要考虑到调速装置本身的损耗等因素，即使如此其节电效果也是十分可观的。可见，风机、水泵采用调速驱动是一种非常有效的节能方式，因为大多数风机和水泵都需要根据发电机组负荷的变化调节流量，对于调峰机组则尤其如此。为这类机组配套的各类风机、水泵均应采用调速驱动，以获得最佳节能效果。经试验证明，对于风机和水泵类负载，采用转速调节可以节电20%~50%。
国外火电厂的风机和水泵已纷纷增设调速装置，而目前我国火力发电厂中除少量采用汽动给水泵，液力耦合器和双速电机外，其他各种风机和水泵基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵，由于采用出口阀，风机则采用入口调节门调节流量，都存在节流损失，而且在变负荷时风机和水泵的运行偏离高效点，使运行效率降低。调查表明，我国50mw以上机组锅炉风机运行效率低于70%的占一半以上，低于50%的占20%。由于目前普遍的机组负荷偏低，则风机的效率就更低，甚至不到30%，白白地浪费掉大量的电能，已经到了非改不可的地步。
同时，采用变速调节，还可有效地减轻叶轮的磨损，延长使用寿命，降低噪音，并能大大改善起动性能。另外工程上对风机水泵自动控制性能的改进的需要也是十分迫切的，例如锅炉风机的自动控制，可以大幅度的改善炉内燃烧工况，从而节煤、节水，节省这些物料的运送，处理能量等。工艺条件的改善能够创造巨大的经济效益，不是简单地局限在节能的范围，人们会很快认识到这一点的。
目前，阻碍变频调速技术在高压大容量传动中推广应用的主要难题有两个：一是我国火力发电厂中大功率电动机供电电压高（3~10kv），而变频器开关器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的难题；二是高压大功率变频调速技术含量高、难度大、成本也高，但一般风机水泵等节能改造都要求低投入高回报，从而造成经济效益上的难题。这两个世界性难题阻碍了高压大容量变频调速技术的推广应用，因此如何解决高压供电和用高技术生产出低成本的变频调速系统是当前世界各国相关行业竞相关注的热点。
2 交流笼形异步电动机全功率变频调速节能方案
目前高压变频器在世界上不象低压变频器一样具有成熟的一致性的拓扑结构，而是限于采用目前有限电压耐量的功率器件，如何面对高压使用条件的情况下，国内外各变频器生产厂商八仙过海，各有高招，因此主电路拓扑结构不尽一致，但都较成功地解决了高耐压、大容量这一难题。如美国罗宾康（robicon）公司生产的第三代完美无谐波变频器；罗克韦尔（ab）公司生产的bulletin1557和power flex7000变频器；瑞典abb公司生产的acs1000变频器；德国西门子公司生平的simovert变频器；意大利ansaldo公司生产的silcovert th变频器；以及日本的三菱、富士公司生产的完美无谐波变频器和国内的凯奇公司、先行公司、利德华福公司和成都佳灵公司生产的高压变频器等。但归纳起来主要有两种：一是采用低耐压器件的多重化技术，再就是采用高耐压器件的多电平技术。
2．1 多重化技术
所谓多重化技术就是每相由几个低压pwm功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。多重化技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题，可实现完美无谐波变频。图1为6kv变频器的主电路拓扑图，每相由5个额定电压为690v的功率单元串联，因此相电压为690v×5=3450v，
所对应的线电压为6000v。每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电，15个二次绕组分成5组，每组之间存在一个12°的相位差。图2中以中间△接法为参考(0°)，上下方各有两套分别超前（+12°、+24°）和滞后（-12°、-24°）的4组绕组。所需相差角度可通过变压器的不同联接组别来实现。
图1 多重化变频器拓扑图
图2 五功率单元串联变频器的电气连接
图1中的每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管（igbt）构成的三相输入，单相输出的低压pwm电压型逆变器。功率单元电路见图3。每个功率单元输出电压为1、0、-1三种状态电平，每相5个单元叠加，就可产生11种不同的电平等级，分别为±5、±4、±3、±2、±1和0。图4为一相合成的正波输出电压波形。用这种多重化技术构成的高压变频器，也称为单元串联多电平pwm电压型变频器，采用功率单元串联，而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器件均压的问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/5的输出相电压和1/15的输出功率。变频器由于采用多重化pwm技术，由5对依次相移12°的三角载波对基波电压进行调制。对a相基波调制所得的5个信号，分别控制a1~a5 5个功率单元，经叠加可得图4所示的具有11级阶梯电平的相电压波形，它相当于30脉波变频，理论上19次以下的谐波都可以抵消，总的电压和电流失真率可分别低于1.2%和0.8%，堪称完美无谐波（harmony）变频器。它的输入功率因数可达0.95以上，不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置。变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，串联各单元之间的载波错开一定的相位，每个功率单元的igbt开关频率若为600hz，则当5个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为6khz。功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以降低噪声、du/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器对电机无特殊要求，可用于普遍笼型电机，且不必降额使用，对输出电缆长度也无特殊限制。由于功率单元有足够的滤波电容，变频器可承受-30%电源电压下降和5个周期的电源丧失。这种主电路拓扑结构虽然使器件数量增加，但由于igbt驱动功率很低，且不必采用均压电路、吸收电路和输出滤波器，可使变频器的效率高达96%以上。
图3 功率单元电路
图4 五功率单元串联输出电压波形
2.2 多电平技术
我国标准中压电压等级为6kv和10kv，若直接变频，即使用4.5kv~6kv耐压的功率器件，仍需串联使用，使器件数量增加，电路复杂，成本增加，可靠性大为降低。为了避免功率器件的串、并联使用，世界上很多公司致力于开发高耐压、低损耗、高速度的功率器件。如西门子公司研制的hv-igbt耐压可达4.5kv，abb公司研制的新型功率器件一集成门极换流晶闸管（igct），耐压可达6kv，并在致力于研制耐压9kv的igct器件。在研制高耐压器件的同时，对变频器的主电路拓扑的研究也有所突破，多电平技术就是使用有限耐压的功率器件，直接应用于6kv电压的主电路拓扑技术。图5是abb公司acs1000型12脉冲输入三电平中压变频器的主电路结构图。
整流部分采用12脉冲二极管整流器，逆变部分采用三电平pwm逆变器。由图5可以看出，该系列变频器采用传统的电压型变频器结构，通过采用高耐压的igct功率器件，使得器件总数减少为12个。随着器件数量的减少，成本降低，电路结构简洁，从而使体积缩小，可靠性更高。
图5 三电平igct变频器主电路结构图
若采用6kv耐压的igct，变频器输出电压可达4.16kv，采用5.5kv耐压的igct，变频器输出电压可达3500v，将y型接法的6kv中压电动机改为△接法，刚好适用此电压等级，同时也满足了igct电压型变频器对电机的绝缘等级提高一级的要求，因此这个方案可能是最经济合理的。若要输出6kv电压，还必须进行器件串联。由于变频器的整流部分是非线性的，产生的高次谐波将对电网造成污染。为此，图5所示的acs1000系列变频器的12脉波整流接线图中，将两组三相桥式整流电路用整流变压器联系起来，其初级绕组接成三角形，其次级绕组则一组接成三角形，另一组接成星形，整流变压器两个次级绕组的线电压相同，但相位则相差30°角,这样5次、7次谐波在变压器的初级将会有180°的相移，因而能够互相抵消，同样的17、19次谐波也会互相抵消。这样经过2个整流桥的串联叠加后，即可得到12波头的整流输出波形，比6个波头更平滑，并且每个整流桥的二级管耐压可降低一半。采用12相整流电路减少了特征谐波含量，由于n=kp±1(p为整流相数、k为自然数、n为特征谐波次数)。所以网侧特征谐波只有11、13、23、25次等。如果采用24脉波整流电路，网侧谐波将更进一步被抑制。两种方案均可使输入功率因数在全功率范围内保证在0.95以上，不需要功率因数补偿电容器。
图6 三电平pwm变频器输出线电压波形图
变频器的逆变部分采用传统的三电平方式，所以输出波形中会不可避免地产生比较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。输出线电压波形见图6。因此在变频器的输出侧必须配置输出滤波器才能用于普通的笼型电动机。同样由于谐波的原因，电动机的功率因数和效率都会受到一定的影响，只有在额定工况点才能达到最佳的工作状态，随着转速的降低，功率因数和效率都会相应降低。
2．3 两种变频器的性能比较
现对多重化变频器（csml）和三电平(中性点钳位)变频器（npc）进行性能比较，两种高压变频器各有优缺点，分别体现在以下各方面：
（1）器件数量
以6kv输出电压等级的变频器为例，采用npc方式，逆变器部分需36个耐压为3300v的高压igbt，或者采用24个耐压为5000v的igct。采用csml方式，需要15个功率单元，共计60个耐压为1700v的低压igbt。从器件的数量上看，csml方式要多于npc方式，但csml方式采用的是低压igbt，相对于高压功率器件而言，低压器件的技术更加成熟、可靠，成本也较低。
（2）均压问题：
均压问题（包括静态均压和动态均压）是影响高压变频器可靠性的重要因素，采用npc方式，当输出电压等级较高（如6kv）时，单用12个器件不能满足耐压要求，必须采用器件直接串联，器件直接串联必然带来均压问题，失去三电平结构在均压方面的优势，大大影响系统的可靠性。采用csml方式，不存在均压问题。
（3）对电网的谐波污染和功率因数
由于csml方式输入整流电路的脉冲数超过npc方式，前者在输入谐波方面的优势是明显的，因此在综合功率因数方面也有一定的优势。
（4）输入波形
npc方式输出相电压是三电平，线电压是五电平。而6kv等级的csml方式输出相电压为11电平，线电压为21电平。而且，后者的等效开关频率（6khz）大大高于前者，所以后者在输出波形质量方面优势也是明显的。
（5）dv/dt
npc方式的输出电压跳变台阶为一半的高压直流母线电压，对于6kv输出变频器而言，为4000v左右，csml方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压，不会超过1000v，所以二者在输出dv/dt方面的差距也是明显的。
（6）系统效率
就变压器与逆变电路而言，npc方式和csml方式的效率非常接近，但考虑到输出波形的质量的差异，若采用普通电机，前者必须设置输出滤波器，后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率0.5%左右。若采用特殊变频电机，两种变频器的效率基本接近，但由于输出波形方面的优势，采用csml方式时，电机运行效率相对较高。但由于igbt导通压降大，效率较低，而igct则损耗较小，因而器件效率较高。
（7）四象限运行
npc方式当输入采用对称的pwm整流电路时，可以实现四象限运行，可用于轧机、卷扬机等设备；而csml方式则无法实现四象限运行，只能用于风机、水泵类负载。
（8）冗余设计
npc方式的冗余设计很难实现。而csml方式可以方便地采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大地有利于提高系统的可靠性。
（9）可维护性
除了可靠性以外，可维护性也是衡量高压变频器优劣的一个重要因素，csml方式采用模块化设计，更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和两个交流输出端子，以及一个光纤插头，就可抽出整个单元，十分方便。而npc方式就不那么方便了。
综上所述，三电平电压源型变频器结构简单，且可做成四象限运行的变频器，应用范围较宽。如电压等级较高时，采用器件直接串联，带来均压问题，且存在输出谐波和dv/dt等问题，一般要设置输出滤波器。在电网对谐波失真要求较高时，还要设置输入滤波器。多重化pwm电压源型变频器不存在均压问题，且在输入谐波输出谐波及dv/dt等方面有明显的优势，但只能二象限运行。
2.3 火电厂辅机电动机全功率变频调速节能方案
我国标准中压电压等级为6kv和10kv，火电厂中压辅机电动机以6kv居多，少数小容量机组有3.3kv电压等级。除电动给水泵以外，大量的风机和水泵电动机的容量都在500~2000kw以下，额定电流仅100~200 a左右或更小，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、2.2kv、3.3kv、4.16kv等级的中压电动机，简化变频器、降低造价、提高可靠性。由此在变频器前需加一台网侧降压变压器将6kv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——低——低方案
当电机的功率在800kw以下时，最好的方案是选用新的低压电机（如国产380v，660v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——低——高方案
当电机的功率在800~1500kw，用输入变压器将6kv高压降为600v（或460v），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6000v，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，须研究整个调频范围内的各种技术参数的变化问题。另外由于变频器的输出不是正谐波，谐波问题、直流分量问题，总之存在一连串的技术问题，不是可以轻易解决的。并且系统设备增加，不仅效率降低，成本增加，占地面积也大。一台升压变压器与一台同容量的电机价格差不多，而且变频器容量还要大一些。因此不如更换一台电压匹配的电机更为合算。
③ 高——中——中方案
对于电机功率在1000~2500kw，如果将6kv高压电机改为1.7kv、2.2kv、3.3kv或4.16kv的中压电机，（如果是6级以上的高压电机还可以简单地通过绕组串联改并联的办法，将原来的电机花很少的费用改为中压电机，而且对旧电机的绝缘有利），就可使用高耐压的功率器件如4500v的igbt或5500v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，输出波形上已无优势。
④ 高——高方案
若功率在3000kw以上，且电压在6kv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，因为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。
3 无刷双馈变频调速电机节能方案
由于高压变频器昂贵的价格和复杂的控制系统阻碍了它的推广应用，于是人们就努力寻找一种能够降低调速系统成本的实施方案。西方有人率先在hunt电机的基础上提出了无刷双馈变频调速电机的设想，通过对样机的试验得到了令人满意的结果。无刷双馈变频调速电机与转子接串调或双馈调速装置的绕线式电机相似，可以用较小容量的变频器对较大功率的电机进行调速控制，特别适合于大功率的风机和水泵类负载的调速节能应用，具有低投入、高回报的特点，是一种很有希望的中、高压电机节能调速方案。
3．1 无刷双馈电机原理
无刷双馈电机是一种具有绕线式异步电机特性，但无电刷及滑环的电机。其原型机实际上是一种二电机的级联系统，即两台绕线式电动机的转子共轴，两转子绕组相互联接，第一台电机的定子绕组接电网，输入功率，通过转子传给第二台电机的定子绕组。第二台电机的定子绕组称为控制绕组，相当于普通绕线式电机的转子绕组，接串调或双馈装置，实现调速。电机原理示于图7。
图7 无刷双馈电机原理图 图8 无刷双馈变频调速电机
近年来在该原型电机的基础上研制出的改进型无刷双馈电机只有一个定子，一个笼形转子，一套公共磁路，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。这种电机的原理示于图8。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，具体的转速表达式为：
（r/min）
式中：p为功率绕组磁极对数，fp为电源频率，q为控制绕组磁极对数，fq为变频器输出频率。从式中可见，根据电源旋转磁场与变频器输出的磁场方向的异同（相序不同）可实现双向调速，扩大了调速范围，降低了变频器的容量。从式中还可看出，由于电源频率是固定的（50hz），只要变频器的输出频率一定，电机的转速就可以完全确定，调速精度很高。
3．2 无刷双馈电机的特点
① 特殊的笼形转子。无刷双馈电机的转子为单层多路笼型转子，如图8所示，导条数n=p+q，其余槽中安排短路绕组。
图9 单层多路笼型转子
② 功率分配。功率绕组与控制绕组的功率分配符合如下关系： pwp/pwq=p/q 功率分配近似与极对数成正比。如输出功率一定，两绕组的极对数确定之后，由于变频器接在极数较少的控
制绕组一侧，故变频器的容量也就确定了：
③ 同步转速
（r/min）
④ 两绕组极数之间应满足如下的关系：
p≠q ； p-q＞1； q/p应尽量小 ； p/q的最简分式中分子分每最好是一奇一偶。
综合以上各种因素可以发现，无刷双馈电机定子绕组的极数配合问题是错踪复杂的，具体的选择要根据实际要求来定。
如果将变频器用于极数较小的控制绕组一侧，不仅可以实现电机转速的平滑调节，更重要的是大大降低了变频器的容量，同时也降低了对功率器件的耐压要求，因为对于一台6kv的无刷双馈电机来说，即使进行0~100%调速时，其控制绕组的电压也不超过2kv，一般进行±25%~±50%调速,则控制绕组的电压应低于1000v，可采用低压功率器件组成变频器，大大降低了成本，提高了可靠性。另外，还由于变频器接在控制绕组一侧，对电网的谐波污染要小得多。
3．3 无刷双馈变频调速电机设计原则
由以上分析可见，无刷双馈电机也有其局限性，在设计时应根据具体要求综合考虑一。
① 无刷双馈电机的同步转速最高为1000转/分，此时取p=2，q=1
r/min
② 为减小变频器的容量，及减小损耗，q/p的值应尽量小，对于600 r/min同步速的电机，若选p=4、q=1时，变频器容量仅为电机容量的20%；而选p=3、q=2时，则为电机容量的40%。
③ 调速范围越大，控制绕组电压就越高，要求变频器功率器件的耐压越高。好在电厂风机，水泵的调速范围有限，这应不成问题。
④ 设计实例：将一台200mw机组引风机电机（1600kw、6kv、980转/分）改成无刷双馈
变频调速电机。
设计同步转速为1000 r/min，则由
，取p=2、q=1
变频器容量
调速范围 500~1500转/分，变频器输出频率为0~±25hz，控制绕组电压为690v左右，额定电流250a，可用耐压为1700v，电流为800a的igbt功率器件组成。
⑤ 投资核算：1600kw/6kv 电机约￥25万元，改为无刷双馈电机，约￥40万元，30%容量变频器（含输入变压器及起动装置）约￥45万元，共计￥85万元/套；若用高压变频装置，约需要￥250万元，约为无刷双馈变频调速电机的三倍！
综上所述，无刷双馈电机的调速范围为500~1500 r/min为宜，这样的电机造价要比普通电机高50%左右，电机造价的增加可以从调速装置（变频器）的节约中得到补偿。转速越低，二者差值越小。若转速再高，无刷双馈电机将增大许多，制造也较困难，不一定合算。
（4）无刷双馈电机的优缺点
无刷双馈变频调速系统与其他交流调速系统相比，具有以下突出的优点：
① 通过变频器的功率仅占电机总功率的一小部分，可以大大降低变频器的容量，同时大大降低变频器功率器件的耐压要求，从而大大降低了调速系统的成本；
② 功率因数可调，可以提高调速系统的力能指标；
③ 取消了电刷和滑环结构，大大提高了系统运行的可靠性；
④ 即使在变频器发生故障的情况下，电机仍然可以运行于感应电动机的状态下，保证拖动设备的正常工作；
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。
其不足是：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。
由前面的分析可见，无刷双馈变频调速电机与普通笼型电机加高压变频器和绕线式电机串级或双馈调速系统相比，有明显的优越性，它合理地将变频器技术和电机本身的结构改造相结合，充实了电机调速的内涵，是集电机设计与制造技术、电力电子技术、计算机控制技术为大成的机电一体化的高技术产物；它既解决了高压变频调速系统的高成本，又避免了绕线式电机的有刷调速，是很有发展前途的交流调速方案。
4 结 论
无刷双馈变频调速电机以其优异的性能，低廉的价格，有着广阔的应用前景，代表着变频调速节能技术的发展方向。全功率变频调速方案适用于原有的普通笼型电机，在无刷双馈变频调速技术尚未大面积推广之际，面对众多老设备的技术改造，还有其生命力。但因其价格昂贵，技术复杂，又使广大用户望而却步，限制了它的推广应用。当无刷双馈变频调速电机有其成熟的系列产品之际，即使更换原有电机，其总造价也只有全功率变频调速系统的三分之一左右，到时全功率变频调速必将退出市场。但是无刷双馈变频调速电机也有其局限性，即其同步转速不超过1000 r/min，调速范围＜1500 r/min。对于高速拖动的设备，需加一级变速传动装置以提高其转速。
在目前的技术条件下，全功率变频调速仍是风机、水泵等流体机械调速中首选的最佳高效节能方案。在我国，400kw以上的普通交流异步电机大都是6000v交流供电的。若直接起动是很困难的，其空载起动电流是额定电流的6~7倍，带风机，泵机起动则可达11倍之多。虽有变极、降压起动设备，其起动电流仍然很大，对电网、电机及被拖动的设备都是很不利的。采用变频调速，除了其明显的节能效果外，也从根本上解决了起动冲击问题，对于降低电网压力，延长设备寿命有极大的好处。
由于受功率器件耐压的限制，6kv、10kv电网及电动机电压等级很不合理，极大地制约了变频调速节能技术的推广应用。目前，4500v~6000v耐压的功率器件已很成熟，gto、igbt、igct、sgct等新型功率器件大量涌现，大大地促进了变频调速技术的发展。若采用三电平技术，用12只功率器件，不串不并组成的变频器容量可达7000kva，交流电压耐量可达3.3kv。若用6000v的器件，则电压可达4.16kv，变频器容量可超过8000kva，基本上可复盖电厂中压辅机的容量范围。由于不用串、并联，其控制设备大大简化，可靠性大大提高，成本也随之大幅度下降，基本可达到目前用户可以接受的程度。在老设备6kv供电系统中需加降压变压器，若在新建设备系统中进户供电电压最好与变频器的功率器件的耐压相匹配，则可免去一台降压变压器。并建议将2.2kv、3.3kv、4.16kv电压列为国家技术标准，同时生产此电压等级的中压电动机。因为合理的新技术的发展必将促使合理规范的产生。这样变频调速节能系统技术将更趋合理，经济效果更加显著。
作者简介：
徐甫荣 男 1946年生。1970年毕业于西安交通大学电机工程系发电厂电力网及电力系统专业。现为国家电力公司西安热工研究院自动化所高级工程师。主要从事火电厂热工自动化及交直流调速拖动技术的研究工作。
参考文献：
[1] 岳国良等：高压变频器及其在电厂中的应用 《变频器世界》 2000年第11期
[2] 吴晓洪等：发电厂电动机高压变频调速技术探讨 《变频器世界》 2000年第12期
[3] 马小亮： 大功率风机和泵节能调速发展方向探讨 《电气传动》 1999年 第1期
[4] 竺 伟等：二种常见电压源型高压变频器的比较 《电气传动》 2000年增刊。
[5] 冷增祥： igbt高压变频调速电源 《电源技术应用》 2000年 第7期。
[6] 李松辽： 无刷双馈变频调速电机的原理分析 《中小型电机》 1996年 第3期。
