高壓電機和低壓電機的特點及選型
2020/8/12 18:34:12 點擊：
[導讀] 高壓電機和低壓電機都有各自的優(yōu)點以及缺點，那它們各自的優(yōu)勢和劣勢體現(xiàn)在哪些方面呢? 高壓電機： 高壓電機的電壓在1000V以上。常用的是6300V和10000V。電機功率與電壓和
高壓電機和低壓電機都有各自的優(yōu)點以及缺點，那它們各自的優(yōu)勢和劣勢體現(xiàn)在哪些方面呢?
高壓電機：
高壓電機的電壓在1000V以上。常用的是6300V和10000V。電機功率與電壓和電流的乘積成正比，因此低壓電機功率增大到一定程度(如300KW/380V)電流受到導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現(xiàn)大功率輸出。
優(yōu)點是：功率大,承受沖擊能力強;電流小。
缺點是：繞組的成本相對較高，相關的絕緣材料成本也會隨之變高;對使用環(huán)境的要求遠遠比低壓電動機對環(huán)境的要求要高;絕緣處理工藝較難，工時費用較多，電機制造周期較長;慣性大，啟動和制動都困難。
控制裝置根據(jù)實際而定方式：電機容量大大小于電源容量且1000KW以下的可直接啟動，這時的沖擊電流是額定值的3-6倍。為了防止沖擊電流過大，對于大電機必須考慮減少啟動電流的啟動方式：有串電抗啟動，變頻啟動，液力偶合器啟動等多種方式。有復雜有簡單，價錢差異很大。由于電壓高，電流沖擊大，電機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
在電機軸和負載軸之間加入葉輪，調節(jié)葉輪之間液體(一般為油)的壓力，達到調節(jié)負載轉速的目的。這種調速方法實質上是轉差功率消耗型的做法，其主要缺點是隨著轉速下降效率越來越低、需要斷開電機與負載進行安裝、維護工作量大，過一段時間就需要對軸封、軸承等部件進行更換，現(xiàn)場一般較臟，顯得設備檔次低，屬淘汰技術。早期對調速技術比較感興趣的廠家，或者是因為當初沒有高壓調速技術可以選擇，或者是考慮到成本的因素，對液力耦合器有一些應用。如自來水公司的水泵、電廠的鍋爐給水泵和引風機、煉鋼廠的除塵風機等。現(xiàn)在，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現(xiàn)與高壓電網(wǎng)和電機的接口，這是當時高壓變頻技術未成熟時的一種過渡技術。由于低壓變頻器電壓低，電流卻不可能無限制的上升，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磁耦合能力減弱，使變頻器在啟動時帶載能力減弱。對電網(wǎng)的諧波大，如果采用12脈沖整流可以減少諧波，但是滿足不了對諧波的嚴格要求;輸出變壓器在升壓的同時，對變頻器產生dv/dt也同等放大，必須加裝濾波器才能適用于普通電機，否則會產生電暈放電、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)榈蛪海瑢⒏邏弘姍C換掉，采用特殊的低壓電機，電機的電壓水平多種多樣，沒有統(tǒng)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，但是滿足不了對諧波的嚴格要求。在變頻器出現(xiàn)故障時，電機不能投入到工頻電網(wǎng)運行，在有些不能停機的場合應用會有問題。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現(xiàn)調速，這種調速方式采用可控硅技術，需要使用繞線式異步電動機，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場幾乎都采用鼠籠式異步電動機，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。可控硅技術容易造成對電網(wǎng)的諧波污染;隨著轉速的降低，電網(wǎng)側功率因數(shù)也變低，需要采取措施補償。其優(yōu)點是變頻部分容量較小，比其他高壓交流變頻調速技術成本稍低。 這種調速方式有一種變化形式，即內反饋調速系統(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，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，工業(yè)應用已經(jīng)越來越少。
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行整流，采用電感儲能，逆變側用SGCT作為開關元件，為傳統(tǒng)的兩電平結構。由于器件的耐壓水平有限，必須采用多個器件串聯(lián)。器件串聯(lián)是一種非常復雜的工程應用技術，理論上說可靠性很低，但有的公司可以做到產品化的地步。由于輸出側只有兩個電平，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，用戶需要針對自己的工廠情況提出要求。這種變頻器的主要優(yōu)點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是電網(wǎng)側功率因數(shù)低，諧波大，而且隨著工況的變化而變，不好補償。
高壓電機和低壓電機都有各自的優(yōu)點以及缺點，那它們各自的優(yōu)勢和劣勢體現(xiàn)在哪些方面呢?
高壓電機：
高壓電機的電壓在1000V以上。常用的是6300V和10000V。電機功率與電壓和電流的乘積成正比，因此低壓電機功率增大到一定程度(如300KW/380V)電流受到導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現(xiàn)大功率輸出。
優(yōu)點是：功率大,承受沖擊能力強;電流小。
缺點是：繞組的成本相對較高，相關的絕緣材料成本也會隨之變高;對使用環(huán)境的要求遠遠比低壓電動機對環(huán)境的要求要高;絕緣處理工藝較難，工時費用較多，電機制造周期較長;慣性大，啟動和制動都困難。
控制裝置根據(jù)實際而定方式：電機容量大大小于電源容量且1000KW以下的可直接啟動，這時的沖擊電流是額定值的3-6倍。為了防止沖擊電流過大，對于大電機必須考慮減少啟動電流的啟動方式：有串電抗啟動，變頻啟動，液力偶合器啟動等多種方式。有復雜有簡單，價錢差異很大。由于電壓高，電流沖擊大，電機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
在電機軸和負載軸之間加入葉輪，調節(jié)葉輪之間液體(一般為油)的壓力，達到調節(jié)負載轉速的目的。這種調速方法實質上是轉差功率消耗型的做法，其主要缺點是隨著轉速下降效率越來越低、需要斷開電機與負載進行安裝、維護工作量大，過一段時間就需要對軸封、軸承等部件進行更換，現(xiàn)場一般較臟，顯得設備檔次低，屬淘汰技術。早期對調速技術比較感興趣的廠家，或者是因為當初沒有高壓調速技術可以選擇，或者是考慮到成本的因素，對液力耦合器有一些應用。如自來水公司的水泵、電廠的鍋爐給水泵和引風機、煉鋼廠的除塵風機等。現(xiàn)在，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現(xiàn)與高壓電網(wǎng)和電機的接口，這是當時高壓變頻技術未成熟時的一種過渡技術。由于低壓變頻器電壓低，電流卻不可能無限制的上升，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磁耦合能力減弱，使變頻器在啟動時帶載能力減弱。對電網(wǎng)的諧波大，如果采用12脈沖整流可以減少諧波，但是滿足不了對諧波的嚴格要求;輸出變壓器在升壓的同時，對變頻器產生dv/dt也同等放大，必須加裝濾波器才能適用于普通電機，否則會產生電暈放電、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)榈蛪海瑢⒏邏弘姍C換掉，采用特殊的低壓電機，電機的電壓水平多種多樣，沒有統(tǒng)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，但是滿足不了對諧波的嚴格要求。在變頻器出現(xiàn)故障時，電機不能投入到工頻電網(wǎng)運行，在有些不能停機的場合應用會有問題。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現(xiàn)調速，這種調速方式采用可控硅技術，需要使用繞線式異步電動機，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場幾乎都采用鼠籠式異步電動機，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。可控硅技術容易造成對電網(wǎng)的諧波污染;隨著轉速的降低，電網(wǎng)側功率因數(shù)也變低，需要采取措施補償。其優(yōu)點是變頻部分容量較小，比其他高壓交流變頻調速技術成本稍低。 這種調速方式有一種變化形式，即內反饋調速系統(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，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，工業(yè)應用已經(jīng)越來越少。
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行整流，采用電感儲能，逆變側用SGCT作為開關元件，為傳統(tǒng)的兩電平結構。由于器件的耐壓水平有限，必須采用多個器件串聯(lián)。器件串聯(lián)是一種非常復雜的工程應用技術，理論上說可靠性很低，但有的公司可以做到產品化的地步。由于輸出側只有兩個電平，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，用戶需要針對自己的工廠情況提出要求。這種變頻器的主要優(yōu)點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是電網(wǎng)側功率因數(shù)低，諧波大，而且隨著工況的變化而變，不好補償。
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