高壓電機(jī)和低壓電機(jī)的優(yōu)劣對(duì)比分析

高壓電機(jī)和低壓電機(jī)都有各自的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，那它們各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)體現(xiàn)在哪些方面呢？

高壓電機(jī)：

高壓電機(jī)的電壓在1000V以上。常用的是6300V和10000V。電機(jī)功率與電壓和電流的乘積成正比，因此低壓電機(jī)功率增大到一定程度(如300KW/380V)電流受到導(dǎo)線的允許承受能力的限制就難以做大，或成本過高。需要通過提高電壓實(shí)現(xiàn)大功率輸出。

優(yōu)點(diǎn)是：功率大,承受沖擊能力強(qiáng)；電流小。

缺點(diǎn)是：繞組的成本相對(duì)較高，相關(guān)的絕緣材料成本也會(huì)隨之變高；對(duì)使用環(huán)境的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)比低壓電動(dòng)機(jī)對(duì)環(huán)境的要求要高；絕緣處理工藝較難，工時(shí)費(fèi)用較多，電機(jī)制造周期較長(zhǎng)；慣性大，啟動(dòng)和制動(dòng)都困難。

控制裝置根據(jù)實(shí)際而定方式：電機(jī)容量大大小于電源容量且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大，對(duì)于大電機(jī)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(fù)雜有簡(jiǎn)單，價(jià)錢差異很大。由于電壓高，電流沖擊大，電機(jī)制造必須滿足過電壓的要求，絕緣水平必須足夠高。

液力耦合器

在電機(jī)軸和負(fù)載軸之間加入葉輪，調(diào)節(jié)葉輪之間液體（一般為油）的壓力，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)差功率消耗型的做法，其主要缺點(diǎn)是隨著轉(zhuǎn)速下降效率越來(lái)越低、需要斷開電機(jī)與負(fù)載進(jìn)行安裝、維護(hù)工作量大，過一段時(shí)間就需要對(duì)軸封、軸承等部件進(jìn)行更換，現(xiàn)場(chǎng)一般較臟，顯得設(shè)備檔次低，屬淘汰技術(shù)。早期對(duì)調(diào)速技術(shù)比較感興趣的廠家，或者是因?yàn)楫?dāng)初沒有高壓調(diào)速技術(shù)可以選擇，或者是考慮到成本的因素，對(duì)液力耦合器有一些應(yīng)用。如自來(lái)水公司的水泵、電廠的鍋爐給水泵和引風(fēng)機(jī)、煉鋼廠的除塵風(fēng)機(jī)等?，F(xiàn)在，一些老的設(shè)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(xiàn)與高壓電網(wǎng)和電機(jī)的接口，這是當(dāng)時(shí)高壓變頻技術(shù)未成熟時(shí)的一種過渡技術(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(tǒng)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(duì)電網(wǎng)的諧波大，如果采用12脈沖整流可以減少諧波，但是滿足不了對(duì)諧波的嚴(yán)格要求；輸出變壓器在升壓的同時(shí)，對(duì)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(jī)，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(jī)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(cè)采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪海瑢⒏邏弘姍C(jī)換掉，采用特殊的低壓電機(jī)，電機(jī)的電壓水平多種多樣，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 這種做法由于采用低壓變頻器，容量也比較小，對(duì)電網(wǎng)側(cè)的諧波較大，可以采用12脈沖整流減少諧波，但是滿足不了對(duì)諧波的嚴(yán)格要求。在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，電機(jī)不能投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，在有些不能停機(jī)的場(chǎng)合應(yīng)用會(huì)有問題。另外，電機(jī)和電纜都要更換，工程量比較大。 串級(jí)調(diào)速變頻器 將異步電機(jī)部分轉(zhuǎn)子能量回饋至電網(wǎng)，從而改變轉(zhuǎn)子滑差實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種調(diào)速方式采用可控硅技術(shù)，需要使用繞線式異步電動(dòng)機(jī)，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)幾乎都采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，更換電機(jī)非常麻煩。這種調(diào)速方式的調(diào)速范圍一般在70%-95%左右，調(diào)速范圍窄?？煽毓杓夹g(shù)容易造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；隨著轉(zhuǎn)速的降低，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)也變低，需要采取措施補(bǔ)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(diào)速技術(shù)成本稍低。 這種調(diào)速方式有一種變化形式，即內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)，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(jī)，其他方面的性能與串級(jí)調(diào)速接近。 串級(jí)調(diào)速電機(jī)受轉(zhuǎn)子滑環(huán)的影響，不能做到很大功率，滑環(huán)維護(hù)工作量也大，屬于七八十年代的落后技術(shù)，工業(yè)應(yīng)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(cè)采用可控硅進(jìn)行整流，采用電感儲(chǔ)能，逆變側(cè)用SGCT作為開關(guān)元件，為傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)。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(fù)雜的工程應(yīng)用技術(shù)，理論上說可靠性很低，但有的公司可以做到產(chǎn)品化的地步。由于輸出側(cè)只有兩個(gè)電平，電機(jī)承受的dv/dt較大，必須采用輸出濾波器。電網(wǎng)側(cè)的多脈沖整流器為可選件，用戶需要針對(duì)自己的工廠情況提出要求。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(fù)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(cè)功率因數(shù)低，諧波大，而且隨著工況的變化而變，不好補(bǔ)償。

電壓源型三電平變頻器

這種變頻器采用二極管整流，電容儲(chǔ)能，IGBT或IGCT逆變。三電平的逆變形式，采用二極管鉗位的方式，解決了兩個(gè)器件串聯(lián)的難題，技術(shù)上比兩個(gè)器件簡(jiǎn)單直接串聯(lián)容易，同時(shí)，增加了一個(gè)輸出電平，使輸出波形比兩電平好。 這種變頻器的主要問題是：由于采用高壓器件，輸出側(cè)的dv/dt仍舊比較嚴(yán)重，需要采用輸出濾波器。由于受到器件耐壓水平的限制，最高電壓只能做到4160V，要適應(yīng)6KV和10KV電網(wǎng)的需要，更換電機(jī)是一種做法，但是造成故障時(shí)向電網(wǎng)旁路較麻煩。對(duì)于6KV電機(jī)有一種變通做法，就是將電機(jī)由星型接法改為角型接法，這樣電機(jī)的電壓就變?yōu)?KV；這種做法使電機(jī)的環(huán)流損耗上升，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有燒毀電機(jī)的事例，有可能與此有關(guān)。還有的公司用這種變頻器實(shí)現(xiàn)高低高方式，使容量比原來(lái)采用低壓變頻器實(shí)現(xiàn)高低高方式時(shí)大，但是高低高方式所存在的問題依然存在。

低壓電機(jī)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，頻率高，制造使用和維護(hù)都較方便，并具有較好的工作特性。低壓電機(jī)分交流異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)2種。

交流異步電動(dòng)機(jī)分三相和單相:三相異步電動(dòng)機(jī)主要在設(shè)備負(fù)載較大的電力拖動(dòng)上。

直流電動(dòng)機(jī)主要用于窯胴體直流傳動(dòng)。

繞線式：定子、轉(zhuǎn)子、鐵芯、端差、接線盒、集電環(huán)、風(fēng)扇或串串頻敏器。

工作原理：當(dāng)交流異步電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱的定子繞組通入對(duì)稱的三相交流電機(jī)時(shí)，或產(chǎn)生一個(gè)以同步轉(zhuǎn)數(shù)n，在它同轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)數(shù)磁場(chǎng)，電機(jī)剛接通電源時(shí)，電機(jī)尚未開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，靜止的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)矩作用下使沿著磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，轉(zhuǎn)子總是緊跟旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)n2＜n，的轉(zhuǎn)速而轉(zhuǎn)動(dòng)，所以這種交流電動(dòng)機(jī)稱為異步電動(dòng)機(jī)，只稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

三相異步電動(dòng)機(jī)主要的種類、用途及特點(diǎn)：

種類：鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)：用途及特點(diǎn)大部分設(shè)備都使用此種電動(dòng)機(jī)，易于維護(hù)；

繞線式異步電動(dòng)機(jī)：用途及特點(diǎn)，行車、堆取料機(jī)行走，篦冷機(jī)熟料破碎等，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；

變頻高速異步電動(dòng)機(jī)：用途及特點(diǎn)，堆、取料機(jī)行走、皮帶機(jī)、皮帶稱、選粉機(jī)等高速，設(shè)定在一定的轉(zhuǎn)速，并且節(jié)能；

力矩異步電動(dòng)機(jī)：側(cè)式取料機(jī)電纜圈盤拖動(dòng)，特點(diǎn)具有恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性；

電磁制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)：主要用于圓形堆場(chǎng)內(nèi)堆、取料機(jī)的回轉(zhuǎn)拖動(dòng)。