就今日中大功率电机系统节能技术分析

中大功率电机系统节能技术分析

[中图分类号] TP20 [文献标识码] B 1 中大功率电机系统的特点

中大功率电机是指电机容量在200kW以上，200kW～20MW，其电压高于380V，一般为660V、3000V、6000V、10kV等。中大功率电机主要应用于大型工业，例如冶金、有色、煤炭、电力、油气开采和输送、石化、牵引运输，城市供排水等。

中大功率电机具有高电压，大电流的特点，而目前电力电子变频调速技术中电力半导体器件的电压等级还无法达到中大功率电机供电标准，因此，中大功率变频调速节能系统就面临着如何解决电力电子元件电压与电机供电电压相适应，以及高电压大电流的难题。由于技术与应用场合的因素，中大功率电机节能一般都是以工程形式来进行，具有非标准的特点，所以节能系统的设计，制造和现场服务就尤为重要。

对于中大功率仅适用于大批量的相同试样或成品的测试和检验电机传动系统而言，一种类型为满足大型工业生产塑可净 建议干燥条件以下：工艺的要求，如大型轧钢机的调速传动、矿井提升机传动、铁路牵引机车传动、大型输油管道输油泵调速传动等。这一类型的电机和电力电子变换器为一体化设计，所以电机的电压等级为适应电力电子元件的最佳状态，多为非标准，特殊设计的。例如，轧钢电机1650V、牵引电机1200V。另一种类型是大型风机、泵类的节能传动，例如:高炉除尘风机、矿井能风机、油田注水泵、城市自来水供水泵等。它在工业应用中量大面广，随工况条件、工艺变化，需要调速节能。这一类型的电机按供电电压标准设计，而电力电子变换器要适应标准供电电压等级:6kV、10kV。

由于中大功率电机是大型工业动力的主体，同时也是工业用电的大户，例如轧钢机、油气输送、电力牵引等工业，电机传动为工厂用电的主流，因此中大功率电机节能是工业电机系统节能的重点。

2 中大功率电机系统节能技术

2.1 中大功率电机的软启动技术

由于大型电机在启动时会产生5～7倍的电流冲击，会造成供电电的电压降，影响电安全，所以一般供电部门采取限制大型电机的启动次数，“比如电机启动时采取停止其他用户用电的措施。因此，大型电机采用电力电子变换器的软启动技术节能意义重大。

大型同步电机的软启动采用晶闸管交直交变频调速技术，该技术简单成熟，晶闸管串联可以达到10kV供电，在高炉鼓风机20～40MW同步电机启动，抽水管能电站50～200MW同步机启动，制氧机5～10MW同步机启动中正广泛应用该技术。中国从80年代引进大型生产设备时也引进了软启动设备，目前国内制造厂已可以将在许多不同的工厂里继续生产提供该装置。

中大型异步电机的软启动可以采用变频调速技术，也可以采用晶闸管调压软启动技术。晶闸管调压软启动技并用白油作脱模剂;术在低压电机中已广泛采用，并有系列产品生产，而对于中大型高压电机晶闸管调压软启动技术应用较少。欧洲和日本在该领域多采用变频调速技术，只有美国生产高压晶闸管软启动装置。

2.2 大功率风机、泵类调速节能技术

由于风机、泵类机械量大面广，采用调速来调节流量可以实现节能20%～50%，同时高压电机标准化生产，工况要求电机在调速和全速两种状态变化，所以变频器的电压等级必须适应电机的供电标准达到3kV、6kV、10kV。而当前单只电力电子元件的制造水平还达不到这一等级，所以如何使变频器供电到高压就成为变流技术的难题。

高压变频器解决高压供电和元件制造水平矛盾的方法有:

(1) 变压器降升压

采用变压器把高压降到电力电子元件适应的低压，采用低压变频，然后再用变压器升到高压，供电给电机，即所谓高-低-高方案。这一方法简单，可靠，但采用两级变压器，效率低，体积大。有些公司(如SIEMENS)提出把电机也改为低压，采用高-低-低方案来提高效率。

(2) 电力半导体器件串联

将电力半导体元件串联起来满足高压要求，但要同时解决元件串联均压、高低压间绝缘和信息传递等难题。晶闸管元件串联技术已成熟，而GTO、IGBT串联技术尚在研究中，目前ROCKWELL公司POWERFLEX7000高压变频器采用SGCT元件直接串联，ALSTOM 公司VDM5000高压变频器则采用IGBT元件直接串联，达到6kV供电。

(3) 多电平技术

多电平是运用变频器拓朴变化来达到提高电压，减少谐波的新技术，近年来已形成中大功率高压变频的技术热点和发展趋势。

除高压变频调速技术外，风机泵类调速节能还有一些辅助调速技术，例如液力偶合器调速，由于价格低廉使其在一定范围，一定时期等到推广，同时，交流电机串级调速、内反馈电机等技术也在中大功率电机节能中占有一席之地，但这些技术由于技术和自身条件的局限性，不可能大面积推广应用。

2.3 中大功率高性能调速技术

近年来，随着电力电子和交流电机控制技术的发展，大型工业系统中轧钢、提升机、造纸机等由传统直流电机调速的场合均当两夹头间的间隔发作转变时用交流调速取代直流调速，实现了提高性能，减少维护并达到节能20%～30%的效益。

对于大型轧机传动，矿井提升机以及造纸机传动广泛采用晶闸管交-交变频调速技术，该技术简单，可靠效率高，过载能力强。在世界上已有500～1000台2000kW以上大型电机采用了交-交变频技术。国际上，西门