高压电机转子变频与高压变频的技术性能对比

1高压电机转子变频与高压变频的技术性能对比1.1内（外）反馈斩波调速（转子变频）示意图1.1.1外反馈斩波调速示意图1.1.2内反馈斩波调速示意图1.2定子变频示意图1.2.1定子变频整体示意图1.2.2定子变频多功率单元串联示意图单元A1单元B1单元C16000V电动机输入三相交流电源（任意电压）单元A2单元C2单元B2单元A3单元C3单元B3单元A4单元C4单元B4单元A5单元C5单元B5移相二次线圈移相变压器功率单元1.3内反馈斩波调速装置与高压变频的技术性能对比表序号项目名称内反馈斩波调速（转子变频）高压（定子）变频1 应用范围只能用于绕线式电机并且是平方转矩的风机水泵负载，不能用于鼠笼式电机，一般也不能用于恒转矩类的负载，能够使用的范围很窄，这一点远不能和高压变频相比较。

（1）内反馈斩波调速装置的宣传力度远不如高压变频，行业的整体生产规模远不如高压变频。

特别是低压变频应用十分成熟，更使得所有工程技术人员都了解变频器，但了解内反馈斩波调速装置的比较少。

（2）正因为内反馈斩波调速装置的应用面窄，和高压变频的比较不能在所有电机负载领域范围里比较，必须在内反馈调速装置可以使用的专业领域里比较。

（3）在使用绕线式电机并且是平方转矩的风机水泵负载的专业应用领域内，内反馈调速装置有十分明显的优势，有着高压变频不可比拟的应用优势。

主要体现为更加安全可靠、安装环境要求低、节能率比高压变频高3%以上、价格低20%左右。

所有电机2 核心器件IGBTIGBT器件是先进的电力电子器件，优点控制简单、工作频率高，缺点是过流过压能力弱，目前成熟使用的最大的是3300V/800A和1700V/800A。

目前全部IGBT都是国际大公司生产，国内不但没有生产能力，而且还不能可靠的检测其性能。

IGBT3 电压等级转子侧1KV对大功率电机，转子电流较大，单个IGBT的耐压足够，采用多个IGBT并联方案，技术难度低。

定子侧10KV/6KV单个IGBT的耐压远不足以用于10KV/6KV场合，所以采用移相变压器多组抽头、然后多个低压变频器串联方案，用96个逆变管并用串联方式，明显设备复杂,可靠性较低。

高压变频器的调速方式与技术特征高压变频器的调速方式主要有以下几种：1液力耦合器方式。

即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节；2串级调速。

串级调速必需采用绕线式异步电动机，将转子绕组的一局部能量通过整流、逆变再送回到电网，这样相当于调节了转子的内阻，从而改变了电动机的滑差；由于转子的电压和电网的电压一般不相等，所以向电网逆变需要一台变压器，为了节省这台变压器，现在国内市场应用中普遍采用内馈电机的形式，即在定子上再做一个三相的辅助绕组，专门接受转子的反馈能量，辅助绕组也参与做功，这样主绕组从电网吸收的能量就会减少，达到调速节能的目的3高低方式。

由于当时高压变频技术没有解决，就采用一台变压器，先把电网电压降低，然后采用一台低压的变频器实现变频；对于电机，则有两种办法，一种办法是采用低压电机；另一种办法，则是继续采用原来的高压电机，需要在变频器和电机之间增加一台升压变压器。

上述三种方式，发展到目前都是比拟幼稚的技术。

液力耦合器和串级调速的调速精度都比较差，调速范围较小，维护工作量大，液力耦合器的效率相比变频调速还有一定的差异，所以这两项技术竞争力已经不强了至于高低方式，能够达到比拟好的调速效果，但是相比真正的高压变频器，还有如下缺点：效率低，谐波大，对电机的要求比拟严格，功率较大时(500KW以上)可靠性较低。

高低方式的主要优势在于成本较低。

虽然有人提出了其他不同的高压变频器解决方案，但大都不具有明显的可行性，或者说不具有将上述三种主流变频器结构取而代之的潜力。

随着高压变频器成本的进一步降低，中等功率市场，高低型变频器将会退出竞争，而只关注于较小功率的场所。

对于单元串联多电平型变频器，主要缺点是变流环节复杂，功率元器件数目多，体积略大一些，但是其他方式不能解决国内应用的需要，高压器件应用的可靠性还不是太高的情况下，其竞争优势在最近的一段时期内，可能还是无法替代的三电平型变频器由于输出电压不高的问题，主要的应用范围应该是一些特种领域，如轧钢机、轮船驱动、机车牵引、提升机等等，这些领域的电机都是特殊定制的电压可以不是规范电压。

– 16 –现代物业・新建设 2012年第11卷第8期现代建设 Modern Construction0 引言电机拖动系统调速方案的采用主要考虑生产工艺和节能两方面的要求。

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（如流力耦合器、转子串电阻调速等），节能效率低，造成大量电能浪费，目前国家设计规范已要求采用调速节能技术。

1 高压定子变频变频技术就是要将工频电源经变频装置后使其频率得以改变，再向定子三相绕组供电，从而达到改变同步转速的目的。

如图1所示，变频装置要装于供电电源和电机定子绕组之间。

图1 变频器实现三相交流电源频率的调整和改变，都是采用电力电子变流技术。

如图1所示，三相工频交流电源接入变频装置，半导体电力电子整流器将其整流成为直流（交流变直流），然后再经半导体电力电子逆变器，将直流逆变为三相交流(直流变交流)，而在直流逆变交流的过程中，可以施加控制，使逆变得到的三相交流电频率得以改变和控制。

比如，可将50Hz工频改变成为49Hz、48Hz，也可逆变为51Hz甚至更高的频率。

变频器输出改变了频率的三相交流为电机定子供电，从而改变同步转速，同样改变了转子的转速(转子转速随同步转速变化而变化)。

这便是变频调速的原理。

由上述原理可见，变频技术是利用变流技术从电机的定子侧施加控制，是改变电机定子供电电源频率的调速技术。

2 转子变频调速（又称斩波调速）与变频调速技术不同，斩波调速技术改为从电机的转子侧施加控制，其本质是控制转子的电流。

示意图如图2 斩波调速示意图斩波调速是将变流装置接在转子回路，将交流转差功率进行整流，然后逆变成工频（50Hz）回馈到电网或电机内部进行循环利用。

由于变流装置的逆变电路为有源逆变，所以在变流装置中引入了直流附加电势，通过IGBT高频斩波可以改变这一附加电势，使转子绕组中的交流电势随之变化，从而改变转子电流，实现调速。

因此，转子变频的变流装置是一种双向变频装置，一方面将转子转差功率逆变成工频回馈电网，另一方面将直流附加电势转变为与转子频率相同的交流附加电势，达到改变转子电流完成调速的目的。

高压变频电机技术要求一、高压变频电机规格型号、技术参数1、高压变频电机型号：YVF-500-8 <SKF、NSK滚动轴承，自润滑>额定功率：800KW级数：8额定电压：10KV相数：3频率：5-50Hz接线方式：Y额定转速：730r/min绝缘等级：F级绝缘温升：B级冷却方式：IC666安装方式：IMB3防护等级：IP55运行方式： S1加热器：400W/220V〈带独立接线盒〉测温装置：前、后轴承测温采用双支、铠装PT100热电阻<每套轴承配套1只，共2只>输出信号：PT100欧姆信号〈带独立接线盒〉电机定子绕组埋置PT100热电阻<三线制> <每相2支，共6支，PT100热电阻接线点全部引入接线盒>输出信号：PT100欧姆信号〈带独立接线盒〉冷却风机电机380V 安装方式：B5、V1各一台（3）电机前、后轴承各打测振孔：垂直1个（Y方向）、水平1个（X方向），共4个，超过设定值时报警。

从电机轴伸端看主接线盒位置，位于电机右侧；电机旋转方向：双向；安装场所：户外；防腐等级：WF2；润滑方式：滚动轴承、自润滑；惯量要求：满足风机高转动惯量要求；噪音按国家标准考核：噪音、振动： 107分贝；倍，并且引接线具备加强绝缘。

接线柱具备特制绝缘隔板；；电动机本体具备4（8）条高度微调螺栓；电动机本体颜色：75B05海灰色（GSB05-1426-2001）；接地导体在电动机本体左右对称放置，位置合理，并且有足够的螺栓固定，有接地标志；电动机在设计条件下应能满足连续运行2.4万小时不下线，电动机使用寿命不下线20年；适应环境：-25℃～45℃；海拔高度：海拔不超过1000m，风沙雨雪较大的室外。

2、满足运行条件：（1）当电源电压与额定电压的偏差不超过±5%时，电机的输出功率应连续保持为额定值，此时，温升按B级考核。

（2）当电源频率与额定频率的偏差不超过±2%时，电机的输出功率应连续保持为额定值，此时，温升按B级考核。

变频电机与工频电机的区别及电机扭矩计算公式-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1变频电机与工频电机有什么区别一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。

以下为变频器对电机的影响 1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。

拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。

高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显着的是转子铜（铝）耗。

因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。

除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。

这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%－－20%。

2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。

他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。

另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。

3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。

变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。

当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。

由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。

高压电机的调速性能技术介绍本文转载自电机维修液力耦合器在电机轴和负载轴之间加入叶轮，调治叶轮之间液体（一样平常为油）的压力，达到调治负载转速的目的。

这种调速要领实质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降服从越来越低、必要断开电机与负载进行安装、维护工作量大，过一段时间就必要对轴封、轴承等部件进行调换，现场一样平常较脏，显得设置装备摆设层次低，属镌汰技术。

晚期对换速技术比力感兴味的厂家，或者是因为当初没有高压调速技术可以选择，或者是思量到成本的因素，对液力耦合器有一些应用。

如自来水公司的水泵、电厂的锅炉给水泵和引风机、炼钢厂的除尘风机等。

现在，一些老的设置装备摆设在改革中已经渐渐被高压变频替换掉。

崎岖高型变频器变频器为高压变频器，采用输入降压变压器和输入升压变压器完成与高压电网和电机的接口，这是其时高压变频技术未成熟时的一种过渡技术。

由于高压变频器电压低，电流却不大概无限制的上升，限制了这种变频器的容量。

由于输入变压器的存在，使系统的服从低落，占空中积增大；另外，输入变压器在低频时磁耦合本领减弱，使变频器在启动时带载本领减弱。

对电网的谐波大，如果采用12脉冲整流可以减少谐波，但是餍足不了对谐波的严格要求；输入变压器在升压的同时，对变频器孕育发生dv/dt也同等放大，必须加装滤波器才气实用于平凡电机，不然会孕育发生电晕放电、绝缘破坏的环境。

如果采用特殊的变频电机可以避免这种环境，但是就不如采用崎岖型的变频器了。

崎岖型变频器变频器为高压变频器，输入侧采用变压器将高压变为高压，将高压电机换掉，采用特殊的高压电机，电机的电压水平多种多样，没有统一尺度。

这种做法由于采用高压变频器，容量也比力小，对电网侧的谐波较大，可以采用12脉冲整流减少谐波，但是餍足不了对谐波的严格要求。

在变频器呈现故障时，电机不克不及投入到工频电网运行，在有些不克不及停机的场所应用会有题目。

另外，电机和电缆都要调换，工程量比力大。

变极、变频以及转子回路串电阻调速哪一种更实际？之前的文章也说过电机的几大调速方式的优缺点之处，今天也就类似的问题利用图文形式展开解说，异步电机的三种调速方法。

变极调速由于一般异步电动机正常运行时的转差率S都很小，电机的转速n= n1（1-S）决定于同步转速n1。

从n1=60f1/P可见，在电源频率f1不变的情况下，改变定子绕组的极对数P，同步转速n1就发生变化，例如极对数增加一倍，同步转速就下降一半，随之电动机的转速也约下降一半。

显然，这种调速方法只能做到一级一级地改变转速，而不是平滑调速。

变极电动机一般都用鼠笼式转子，因为鼠笼转子的极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变，使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。

若为绕线式转子，则定子极对数改变时，转子绕组必须相应地改变接法以得到与定子相同的极对数，很不方便。

要使定子具有两种极对数，容易得到的办法是用两套极对数不同的定子绕组，每次用其中一套，即所谓双绕组变极，显然，这是一个很不经济的办法，只在特殊情况下才采用。

理想的办法是：只装一套定子绕组而用改变绕组接法来获得两种或多种极对数，即所谓单绕组变极。

对于倍极比情况（如2/4极、4/8极等），单绕组变极早已为人们所采用，随着科学技术的发展，非倍极比（如4/6极、6/8极等）以及三速（如4/6/8等）采用单绕组变极也得到广泛应用。

变频调速当电源的频率f1改变时，同步转速n1=60f1/P与频率成正比变化，于是电动机的转速n也随之改变，所以改变电源频率就可以平滑地调节异步电动机的转速。

变频调速按控制方式不同，可分为U/f控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等。

（1） U/f控制。

U/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的。

通用型变频器基本上都采用这种控制方式。

U/f控制变频器结构非常简单，缺点是变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且在低频时必须进行转矩补偿，才能改善低频转矩特性。

高压电动机转子变频电控系统改造与应用摘要:论证了新型的变频控制技术——高压电动机转子变频控制在煤矿提升绞车上的应用,并对控制系统改造方法进行了介绍,对改造效果做了对比。

关键词:高压电机转子变频电控系统改造中图分类号:td633 文献标识码:a 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0122-011 系统概况与改造方案1.1 系统概况山东良庄矿业有限公司1#副井绞车担负矿井人员上下井提升任务。

提升长度1028m、轨道坡度21°。

双钩提升,每钩挂xrcl5-6/6斜井人行车4辆。

该绞车型号为2jk3×1.5a-20。

为洛阳矿山机器厂生产。

配沈阳市电机厂生产的jrqisio-12型高压绕线电动机。

电动机功率为280kw,定子额定电压6kv、额定电流38a,转子额定电压480v、额定电流355a。

1.2 改造原因与方案确定该绞车电控为老式的kkx型,于1975年投入使用。

6kv高压电动机电气控制采用转子串八级电阻的调速方式,调速性能较差,电能浪费大,加上设备老化,故障率高、维修量大,必须进行改造。

变频控制技术,调速效果好、节能效果显著,实践证明优于转子串电阻、转子串级调速、高压软启动等控制方式,现在被广泛采用。

通常变频调速控制都是针对定子回路的。

而高压电动机定子电压一般都在6kv或者10kv,采用6kv或者10kv的高压变频器,需要解决元件耐压问题、矢量控制问题,技术难度大、可靠性低、价格昂贵。

经过考查论证。

确定采用一种新型的变频控制技术——压绕线电机转子变频技术。

它将高压电机定子侧短封。

使用通用性低压矢量控制变频器。

对电机转子送电,来实现高压电机的变频控制。

该控制系统采用专利技术生产的tkd-zbp-plc转子变频凋速电控系统,同时保留原系统的高压换向及转子电阻切换系统作为备用,二者可以随时转换。

改造后转子变频系统实现半自动运行:司机在绞车启动时一次推出主令手柄和闸制动手柄,绞车自动加速、减速、爬行、停车。

浅析高压电机变频改造摘要:旨在讨论高压电机变频技术的变频、节能原理,并对变频技术的安全性及优势进行了阐述,总结出了高压电机变频的意义。

关键词:高压电机变频原理安全性意义高压交流变频调速技术为90年代以来迅速发展起来的一种新型的电力传动调速技术,在高压交流电动机的变频调速领域得到了广泛应用,其技术与性能优于其它任何一种调速方式,变频调速凭借其显著的高效率、高精度、高节能效益、宽范围的调速性能,以及完善的电力电子保护功能,易于实现自动的通信功能,得到了广泛的推广与应用。

1、节能原理1.1 变频原理高压变频器采用先进的功率单元进行串联叠加的方式,主电路的开关元件为大功率IGBT,空间矢量多重化的PWM技术,由数个单元串联形成每相,每个功率单元所输出的电压波形以及其串联后输出的相电压波形,能够得到数十个不同的等级电压,在增加电压等级的同时,每个等级的电压值大大降低,从而减小了dv/dt 对电机绝缘的破坏,并极大的削弱了输出电压谐波的含量,由于电压等级数量的增加,也极大的改善了变频器的输出性能,输出波形几乎接近于正弦波,不存在电网污染,符合IEEE519—1992对电压、电流谐波失真的严格要求,因此“串联叠加”变频器对同一电网上用电的其他电器设备不会产生谐波干扰,纯净的功率输入能够免去耗时的谐波、共振分析,从而也节省了安装去除谐波装置的昂贵费用。

1.2 节能原理将循环泵电机改为变频调节,在输出量满足工艺要求的情况下,能够节约大量的电能,节电的比例可通过理论计算得出,通过泵与风机类负载的工作特性可知,其流量与转速成正比:,其电机轴功率与转速的立方成正比:。

由变频器的工作原理可知,其转速与频率成正比:,其中Q为流量,N为转速,P为轴功率为频率。

当频率由50Hz变为40Hz下降20％时,由可知轴的功率只有原来的51.2％,节约了48.8％。

以上只是在理想条件下的节电率,在实际使用工程中,由于各种运行工况的不同,节电效果也将会不一样,实际的节电效果和以上的计算结果将会有一定的出入,但从计算结果来看,节电效果较显著,值得改造。

变频电机与工频电机有什么区别一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。

以下为变频器对电机的影响1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。

拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM 型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。

高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。

因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。

除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。

这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%－－20%。

2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器，不少是采用PWM 的控制方式。

他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。

另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。

3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。

变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。

当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。

由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。

4、电动机对频繁启动、制动的适应能力由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。