高壓電機的調速技術(shù)

液力耦合器

在電機軸和負載軸之間加入葉輪，調節葉輪之間液體（一般為油）的壓力，達到調節負載轉速的目的。這種調速方法實(shí)質(zhì)上是轉差功率消耗型的做法，其主要缺點(diǎn)是隨著(zhù)轉速下降效率越來(lái)越低、需要斷開(kāi)電機與負載進(jìn)行安裝、維護工作量大，過(guò)一段時(shí)間就需要對軸封、軸承等部件進(jìn)行更換，現場(chǎng)一般較臟，顯得設備檔次低，屬淘汰技術(shù)。

早期對調速技術(shù)比較感興趣的廠(chǎng)家，或者是因為當初沒(méi)有高壓調速技術(shù)可以選擇，或者是考慮到成本的因素，對液力耦合器有一些應用。如自來(lái)水公司的水泵、電廠(chǎng)的鍋爐給水泵和引風(fēng)機、煉鋼廠(chǎng)的除塵風(fēng)機等。如今，一些老的設備在改造中已經(jīng)逐漸被高壓變頻替換掉。

高低高型變頻器

變頻器為低壓變頻器，采用輸入降壓變壓器和輸出升壓變壓器實(shí)現與高壓電網(wǎng)和電機的接口，這是當時(shí)高壓變頻技術(shù)未成熟時(shí)的一種過(guò)渡技術(shù)。

由于低壓變頻器電壓低，電流卻不可能無(wú)限制的上升，限制了這種變頻器的容量。由于輸出變壓器的存在，使系統的效率降低，占地面積增大；另外，輸出變壓器在低頻時(shí)磁耦合能力減弱，使變頻器在啟動(dòng)時(shí)帶載能力減弱。對電網(wǎng)的諧波大，如果采用12脈沖整流可以減少諧波，但是滿(mǎn)足不了對諧波的嚴格要求；輸出變壓器在升壓的同時(shí)，對變頻器產(chǎn)生dv/dt也同等放大，必須加裝濾波器才能適用于普通電機，否則會(huì )產(chǎn)生電暈放電、絕緣損壞的情況。如果采用特殊的變頻電機可以避免這種情況，但是就不如采用高低型的變頻器了。

高低型變頻器

變頻器為低壓變頻器，輸入側采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪?，將高壓電機換掉，采用特殊的低壓電機，電機的電壓水平多種多樣，沒(méi)有統一標準。

這種做法由于采用低壓變頻器，容量也比較小，對電網(wǎng)側的諧波較大，可以采用12脈沖整流減少諧波，但是滿(mǎn)足不了對諧波的嚴格要求。在變頻器出現故障時(shí)，電機不能投入到工頻電網(wǎng)運行，在有些不能停機的場(chǎng)合應用會(huì )有問(wèn)題。另外，電機和電纜都要更換，工程量比較大。

串級調速變頻器

將異步電機部分轉子能量回饋至電網(wǎng)，從而改變轉子滑差實(shí)現調速，這種調速方式采用可控硅技術(shù)，需要使用繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機，而如今工業(yè)現場(chǎng)幾乎都采用鼠籠式異步電動(dòng)機，更換電機非常麻煩。這種調速方式的調速范圍一般在70%-95%左右，調速范圍窄?？煽毓杓夹g(shù)容易造成對電網(wǎng)的諧波污染；隨著(zhù)轉速的降低，電網(wǎng)側功率因數也變低，需要采取措施補償。其優(yōu)點(diǎn)是變頻部分容量較小，比其他高壓交流變頻調速技術(shù)成本稍低。

這種調速方式有一種變化形式，即內反饋調速系統，省卻了逆變部分的變壓器，將反饋繞組直接做在定子繞組里，這種做法要更換電機，其他方面的性能與串級調速接近。

串級調速電機受轉子滑環(huán)的影響，不能做到很大功率，滑環(huán)維護工作量也大，屬于七八十年代的落后技術(shù)，工業(yè)應用已經(jīng)越來(lái)越少。

電流源型直接高壓變頻器

這種變頻器，輸入側采用可控硅進(jìn)行整流，采用電感儲能，逆變側用SGCT作為開(kāi)關(guān)元件，為傳統的兩電平結構。由于器件的耐壓水平有限，必須采用多個(gè)器件串聯(lián)。器件串聯(lián)是一種非常復雜的工程應用技術(shù)，理論上說(shuō)可靠性很低，但有的公司可以做到產(chǎn)品化的地步。由于輸出側只有兩個(gè)電平，電機承受的dv/dt較大，必須采用輸出濾波器。電網(wǎng)側的多脈沖整流器為可選件，用戶(hù)需要針對自己的工廠(chǎng)情況提出要求。這種變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電路就可以將負載的慣性能量回饋到電網(wǎng)。

電流源型變頻器的主要缺點(diǎn)是電網(wǎng)側功率因數低，諧波大，而且隨著(zhù)工況的變化而變，不好補償。

功率模塊串聯(lián)多電平變頻器

這種變頻器采用低壓變頻器串聯(lián)的方式實(shí)現高壓，是電壓源型變頻器。它的輸入側采用移相降壓型變壓器，實(shí)現18脈沖以上的整流方式，滿(mǎn)足上對電網(wǎng)諧波的嚴格的要求。在帶負載時(shí)，電網(wǎng)側功率因數可達到95%以上。在輸出側采用多級PWM技術(shù)，dv/dt小，諧波少，滿(mǎn)足普通異步電機的需要?？筛鶕撦d的需要設計變頻器的輸出電壓，是解決6KV、10KV電機調速的較好辦法。啊功率電路采用標準模塊化設計，更換簡(jiǎn)單，所用器件在國內采購也比較容易。

這種變頻器采用低壓IGBT作為逆變元件，與采用高壓IGBT的三電平變頻器相比，功率元件數目較多，但技術(shù)上較成熟。與采用高壓IGCT的三電平變頻器相比，功率元件數目較多，但總元件數目卻較少，因為IGCT需要非常復雜的輔助關(guān)斷電路。

根據實(shí)際而定方式:電機容量大小與電源容量且1000KW以下的可直接啟動(dòng),這時(shí)的沖擊電流是額定值的3-6倍.為了防止沖擊電流過(guò)大,對于大電機必須考慮減少啟動(dòng)電流的啟動(dòng)方式:有串電抗啟動(dòng),變頻啟動(dòng),液力偶合器啟動(dòng)等多種方式.有復雜有簡(jiǎn)單,價(jià)錢(qián)差異很大. 由于電壓高,電流沖擊大,電機制造必須滿(mǎn)足過(guò)電壓的要求,絕緣等級要求較高。