高压定子变频与高压转子变频对比Word文件下载.docx

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这是因为作为变频器这种变流过程（包括转子变频调速装置）都是由半导体电力电子器件进行整流及逆变而实现的。

而变流过程需要电力电子器件能承受相应工作电压（这是电力电子器件最重要的），同时在变流过程中产生功率损耗。

功率损耗与通过变流装置的电能功率成正比。

如上所述，对于电厂或其它工业用高压大电机，变频器中的半导体开关器件等要承受6kv或10kv高压。

目前单个半导体开关承受不了，因而在变频器中采用各种降压再升压，或电力半导体器件串、并联及复杂的整流逆变，矢量控制技术来解决承受高压的困难。

另外，通过变频器的功率（或叫变频器控制的功率），是供给电机的全部功率，这就带来几个方面的问题：

1）自身装置庞大、复杂、控制变压器为电动机功率的1.25倍容量。

2）产生的对电网谐波及对电机的谐波大（因变流功率大），所以需要加入各种抑制谐波的装置。

3）虽一般称变频调速还可直接用原鼠笼电机，但一般鼠笼电机要考虑因转速下降使冷却通风量降低及谐波造成的电机发热，绝缘老化等问题，因而对大型电机，最好改用特制的变频电机。

4）由于装置本身复杂、庞大，造价高，维护费用很高。

5）在高压大容量电机使用领域，技术尚欠稳定可靠。

6）自身功耗大（一般为电机额定功率的3~6%），节电率受影响。

7）运行条件苛刻,须加防尘及大容量制冷散热空调（因自身功耗大）,进一步增加了电耗和运行维护量。

2.转子变频调速

串级调速是十分经典的电机调速方法。

它的根本点不是去控制电机的供电电源频率和电压，转而控制转子电流，从而改变电机的转差率进行调速。

转子变频串级调速的原理如下图所示：

图6转子变频调速原理图

电机定子供给转子的功率（电磁功率）分为两部分：

大部分变成机械功率拖动泵与风机负载，一小部分成为因转速差（比同步转速低）而产生的转子回路的转差电功率。

通过在转子回路串入转子变频调速装置加入一个可调反电势来控制转子电流,从而调节电机的转速（改变了机械功率输出）,由于转速差（转子转速与同步转速的差）而产生的转子的转差功率又经转子变频调速装置反馈回电网或内馈电机的定子反馈绕组而回收，从而达到调速和高效节能的目的。

调速范围为额定转速以下均可,一般最低到45%额定转速足已。

由于转子回路因调速而产生的最大转差功率仅为电机额定功率的14.815%（对泵、风机类负载），转子回路感应电压仅为几百伏，因而在转子回路加入转子变频调速装置（变流装置），通过控制转子回路反电势大小来调速带来如下突出的技术优势：

1）变流装置（转子变频调速装置）中的电力半导体器件承压仅为几百伏，最高不超过1.5kv,比6KV低得多，单只半导体开关足可安全承受。

2）变流装置控制功率仅为电机额定功率的14.815％，这便带来诸多好处：

A.自身功耗不到电机额定功率的１％；

节电率比变频高出2－5个百分点。

B.自身因变流产生的谐波小（因变流的功率小），无须加滤波装置。

C.系统结构简单，控制容易。

D.装置尺寸小，对环境要求低,一般厂房自然环境既可，可靠性高。

E.本身造价低，维护简单，费用少。

因而，转子变频调速具有以控制低电压进而控制高压电机，以控制小功率进而控制大功率电机且系统结构简单，节电率高的特点，对于大多数泵、风机类需要低同步转速调速（由额定转速下调）的应用特别适合。

特别对高压大容量电机更有技术实现容易和经济性好的优势。

这些结论，是业界专家公认的结论。

当然，原使用鼠笼电机的场合，在使用转子变频调速时需要更换为绕线式电机。

绕线式电机有滑环、碳刷的维护工作,但相比变频器的空调防尘及装置等的维护量要小的多。

如加上更换电机的费用，整个转子变频调速系统的费用还要低于变频器本身的价格（如也更换为变频电机，则变频系统价格更高）。

一般在有一定调速深度的场合，投资回收期在1—2年。

转子变频调速的维修费用比变频调速也要低的多,维修容易。

加之节电率比变频高出2—5个百分点，转子变频调速综合技术经济比较，要比变频有明显的优势。

转子变频、高压定子变频综合性价对比

说明：

本对比对转子变频器（中国独有）、进口高压变频器、国产高压变频进行综合对比，包括技术、应用环境、投资组成等方面。

由于变频器容量越大，相对价格（每千瓦平均售价）越低，故选取市场占有份额较大的10kV额定电压2000kW、1600kW、630kW额定功率电动机进行对比。

国产高压变频相关数据采用国内主要上市公司产品价格平均值，进口高压变频相关数据采用国内普遍认同的罗宾康及AB变频器。

同时为保证公平，两种技术均采用其专用调速电机，价格相当！

产品

内容

转子变频

高压变频（国产）

高压变频（进口）

设备构成

起动

旁路

调速

附属

液阻

起动设备即旁路，无需单独旁路设备

转子变频器

无需附属设备，如空调、散热风道、防尘等设备。

无需专用房间。

高压变频起动

配手动旁路器

高压变频器（含移相变压器）

需加盖专用房间。

配独立安装室冷却空调或者水冷却循环系统、散热风道、防尘设备等，这又是额外费用。

配独立安装室冷却空调或者水冷却循环系统、散热风道、防尘设备等这又是额外费用。

安装条件

安装环境

散热环境

自然环境

无需独立安装室，可以与其他电气柜使用同一安装室

无需专用空调或者水冷却系统

高海拔地区和低海拔地区容量区别微小

需要独立安装室，这样可以保证散热充分和灰尘降低

需安装空调或者水冷却系统，使得环境低于35度

高海拔地区需特殊设计（有海拔与容量对照表）

年维护费用

人工

器件

第1年（假设1次）

免费

第2年（假设2次，且更换关键器件）

1人差旅费（部分故障可以电话指导维护）

EBM散热风机、SCR/10000元左右

1人差旅费（专人维护）

散热风机、滤网、功率单元/40000元左右

1人（从下飞机开始计时，美元结算）

行业秘密，通常不低于10万美金

设备耗能

效率

控制功率

实际损耗

控制容量

99%

20%Pe

<

2%Pe

95%

1.25Pe

>

5%Pe

占地体积（mm）

2000kW风机

3600×

1000×

2200

8000×

1350×

2500

1600kW风机

2400×

6400×

630kW风机

5600×

电缆

（电缆高压电缆之价格为低压电缆价格数倍）

配用方式

使用方法

配用三相高压电缆

高压开关柜→高压电动机

高压开关柜→高压变频器→高压电机；

系统旁路高压开关柜→高压变频器下端口；

高压开关柜→软起动器→高压变频器下端口

配用高压电缆

系统旁路高压开关柜→高压电动机；

配用低压电缆

电机转子→转子变频→电机反馈端

故障后处理

设备故障后，可直接转入电机全速运行，无需停车。

并可在电机全速时维修。

设备故障后，电机必须停车，待变频设备检修完毕后再运行电机。

或者直接启动电机，启动电流为8-10倍额定电流，这在水泥厂是不允许的。

改造项目

土建

电气配套

通常无需土建，因为占地面积小，且无需专用安装室

无需安装空调，若为笼型电机，需增加一段低压电缆

通常需修建安装室（或者增加箱式房，但需增加高压电缆）

安装空调，原高压电缆需要打断，若仍不能满足要求，则需更换或者增加高压电缆

综合上表，转子变频调速系统与高压定子变频相比，有以下诸多优势：

一、原理对比

1）高压定子变频调速，调节的是电机定子侧功率。

并且变频调速并不只是改变电机定子侧电源的频率它是在变频的同时还要改变电源电压，否则电机就不能稳定运行。

（要保证磁通恒定）。

转子侧变频调速，调节的电机转子侧功率。

且只要调节转子回路电流的大小就能实现功率的控制从而达到调速节能的目的，方法简单可靠。

2）由于高压定子变频器直接控制电机定子（高压），须解决器件耐压问题，而目前世界上还无此类器件。

解决耐压问题只能采用器件串并联方式，而均压、均流问题又成了器件串并联的弊病无法解决，从而造成高压定子变频器的运行可靠性绛低。

转子侧变频调速控制的是电机的转子（低压），现目前市场的器件均能满足，器件根本无需再串并联使用，为此可靠性大大提高。

3）由于高压定子变频器需体积庞大的变压器，不仅大大降低了系统效率还使整个系统的占地面积增大。

转子侧变频调速系统由于没有体积庞大的变压器所以占地面积小而且效率高。

二、性能使用对比

1）高压定子变频调速装置所控制的电机为鼠笼电机。

转子侧变频调速要求电机为普通绕线电机或内反馈电机。

此种电机与普通电机安装尺寸一致并非特殊电机，目前国内各大电机厂均可生产，价格也无太大差距。

针对普通绕线机只需外附同电机额定容量20%的变压器一台即可充分实现调速节能的目的。

2）高压变频调速的调速范围宽。

转子侧变频调速的调速范围一般在风机水泵的高效区之间调节约50%～95%。

但是用户的电机与负载在设计匹配时只留有很小的裕量，50%～95%的调速范围已经足够，脱离此调速范围其实用价值不大。

3）由于高压定子变频调速系统在电机定子与电网之间加设变压器比转子侧变频调速系统多了一级电能转换所以多了一级损耗。

相对来讲转子侧变频调速的效率比高压定子变频器高。

4）转子侧变频调速系统的控制方法外环采用模糊逻辑技术和数字信号处理器DSP实现转速闭环，内环采用专利技术电流峰值两点式控制，代替电流调节器和占空比发生器，不受升压斩波非线性影响，误差小，响应速度快，无需调整动态参数，使用简单方便，在轻载及转速极低的情况下亦能精确控制。

远程控制灵活，不仅能和DCS自控系统配合实现各种控制功能，而且还可实现远程监控和管理，此特点是高压变频器远不可及的。

5）转子侧变频调速系统可实现故障后保证电机在原调速状态运行，并且可以带电检修；

而高压定子变频调速系统必须停机后才可旁路，给设备运行造成很大的麻烦。

三、检修维护对比

高压定子变频装置直接接高压，出现故障后会损坏很多器件，所以维修费用较高。

而转子侧变频调速系统在出现故障后极少损坏元器件，维修费用很低,保证每年的维修费用不会超过产品价值的3%-5%。

四、投资收益对比

1、高压变频系统结构复杂且系统庞大，成本高，所以用户的投资大，设备的回收期长，而转子侧变频调速系统，性能可靠，价格低廉，投资回收期短（一般在1年左右），性价比极高。

2、高压定子变频系统需安装空调等辅助设备，而转子变频调速系统因其自身损耗小，无需此类设备，从这方面又节省了部分投资。

目前，高压转子变频调速系统已在国电、大唐、华电、华能等各大电厂以及水泥、化工、供水供热等企业多家使用功率从几百个KW—几千个KW大小不等。

北京中电汇达科技有限公司

2013年8月