摘要：指出了發電廠風機水泵調速運行的必要性和巨大的節能潛力；討論了各種調速方式的優缺點，并作出了詳細的技術經濟分析。

關鍵詞：風機；水泵；液力耦合器；變頻調速；串級調速；無刷雙饋電機

圖32各種電動機調速方式適用范圍

5各種調速方式的綜合性能分析

5?1不同的調速方式適用的電動機容量和轉速

范圍

各種電動機調速方式所適用的容量和轉速范圍是不同的。無換向器電動機適用于大、中容量和高、中轉速場合。對于大容量?gt;5000kW）、高轉速（>4000r/min）的電廠鍋爐給水泵的電動機調速方式，目前只有無換向器電動機能適應這個工作要求，其最大容量達50MW，最高轉速可達6000r/min。晶閘管串級調速系統適用于大、中容量和中、低轉速場合，目前國外生產的最大容量達25MW，最高轉速為2000r/min。鼠籠式電動機變頻調速系統適用于中、小容量和中等轉速（目前國外生產的最大容量已超過3MW，轉速低于電動機同步轉速）。其它如電磁調速電動機、異步電動機定子變壓調速以及繞線式電動機轉子串電阻調速等均適用于容量較小、轉速不高的場合。圖32為各種電動機調速方式的容量和轉速的大致適用范圍，可供在初步選擇調速裝置時參考。 5?2各種調速方式的電動機及其調速裝置的綜合

效率

適用于中、小型電動機的調速裝置，有鼠籠式異步電動機PWM型變頻調速、鼠籠式異步電動機電壓型變頻調速、鼠籠式異步電動機電流型變頻調速、電磁調速電動機、繞線式異步電動機轉子串電阻調速等。其綜合效率ηz以鼠籠式異步電動機PWM型變頻調速最高；鼠籠式異步電動機電流型、電壓型變頻

圖33各種電機調速方式的綜合效率ηz=ηvηd比較

(b)大容量電動機各種調速系統綜合效率ηz比較

1－直流電動機（750kW）

2－繞線式異步電動機晶閘管串級調速（6500kW）

3－鼠籠式電動機電流型變頻調速（1350kW）

4－無換向器電動機調速（5000kW）

(a)中、小容量電動機各種調速系統綜合效率ηz比較

1－直流電動機（75kW）

2－繞線式異步電動機轉子串電阻調速（132kW）

3－鼠籠式異步電動機PWM型變頻調速（75kW）4－鼠籠式電動機電壓型變頻調速（90kW）

5－鼠籠式電動機電流型變頻調速（225kW）

6－電磁調速電動機（37kW）

調速次之；繞線式異步電動機轉子串電阻調速更次之；電磁調速電動機和異步電動機定子調壓調速最低。

PWM型變頻調速與電流型、電壓型變頻調速都是高效調速方式，但是前者ηz比后兩者ηz高。原因是前者的逆變器由GTR或IGBT組成，而后者由晶閘管組成。IGBT與晶閘管相比較，具有自關斷能力和開關頻率高的優越性。因此，PWM型變頻調速線路相對簡單，且逆變器輸出的電壓或電流波形為近似的正弦波，使電動機基本不受高次諧波影響，故線路損耗也相對小。

繞線式電動機轉子串電阻調速、電磁調速電動機、異步電動機定子調壓調速都是具有轉差損失的低效調速方式。串電阻調速的ηz比電磁調速電動機的ηz高，原因是最高轉速比in=n2max/n1高，串電阻調速時in=1，電磁調速電動機in<1。

適用于大型交流電動機的調速裝置，繞線式異步電動機晶閘管串級調速的綜合效率ηz最高，無換向器電動機次之，鼠籠式電動機晶閘管變頻調速更次之。這是因為前兩者的線路相對比較簡單，線路損耗小；此外，串級調速及無刷雙饋變頻調速經過變頻器的僅是轉差功率，而無換向器電動機和鼠籠式電動機變頻調速則是輸入至電動機的全部功率均要經過變頻器，因而后兩者經變頻器的功率損失要大些。

圖33是葉片式泵與風機（M∞n2型負載）應用各種調速方式時綜合效率ηz的實測結果圖。圖33給出的各種調速系統的ηz值，嚴格講只是一個典型的實測數據。實際上，由于電動機及調速裝置各制造廠的設計、制造、工藝等水平并不完全相同，因此，即使是同型號同容量的調速系統，其綜合效率ηz（=ηvηd）值也會有一定差異。

5?3各種調速系統的電源功率因數

電動機調速系統的電源功率因數表示了無功功率的消耗，cosφ越低，表示系統的無功功率消耗越大。當cosφ由0.8下降到0.4時，供電線路的損耗將增加5倍以上。因此，在選擇調速裝置時，既要重視節約有功功率，還應重視決定無功功率的功率因數cosφ。

圖34給出各種調速系統的電源功率因數比較，從圖中可以看出：鼠籠式電動機PWM型變頻調速在整個調速范圍內均具有很高的（接近于1.0）的cosφ，電磁調速電動機也具有較高的cosφ，繞線式異步電動機晶閘管串級調速系統的電源功率因數cosφ是在各種調速系統中最低的，所以在選用這種調速系統時，應充分注意這個問題。

5?4各種調速方案的初投資和回收期

由于設備價格逐年在變動，故以相對價格作為討論依據較好。如以普通三相交流異步電動機的價格為1.0，各種調速系統的價格以電機價格為基準給出，則

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技術講座

1－直流電動機調速

2－繞線式異步電動機轉子串電阻調速（p=10，132kW）

3－繞線式異步電動機晶閘管串級調速

4－鼠籠式電動機PWM型變頻調速

5－鼠籠式電動機電壓型晶閘管變頻調速

6－鼠籠式電動機電流型晶閘管變頻調速

7－無換向器電動機調速

8－電磁調速電動機調速（37kW）

圖34各種調速系統的電源功率因數cosφ比較

比較直觀、真實。各種調速方案的初投資和回收期見表5。

表5各種調速系統的相對價格及投資回收周期序號項目相對價格投資回收期/年
1三相交流異步電動機1.00
2變極調速1.20.2
3電磁調速電動機調速系統1.50.5
4繞線式電動機轉子串電阻調速系統2.51.0
5晶閘管調壓調速系統3.01.5
6液力耦合器調速系統3.01.5
7液體離合器調速系統2.81.3
8無刷雙饋變頻調速系統3.52.0
9普通串級調速系統4.02.5
10超同步雙饋串級調速系統5.03.0
11內反饋串級調速系統3.01.5
12變頻調速系統5.0（低壓）10?0（高壓）3.0（低壓）6.0（高壓）
13無換向器電動機調速系統8?05.0
5．5各種調速裝置的性能比較

各種調速裝置的性能比較見表6。

6結語

鑒于發電廠風機水泵調速節能的巨大經濟潛力，以及面對廠網分家，競價上網的嚴峻形勢，發電廠高壓輔機調速節能改造勢在必行。但是，由于各種調速方式在性能指標、節能效果、資金投入等方面各有其優缺點，因此究竟應采用何種調速方案進行節能改造，各廠應根據其機組的具體情況、負荷情況（是否調峰）、設計余量、場地位置、資金投入等情況全面考慮，選擇適合本廠具體情況的節能改造方案。

1）對于常年滿負荷的機組，當風機的風量裕度在30％時，選用雙速電機最為經濟。即使在滿負荷連續運行工況下，電機也可在低速檔運行，并滿足風量要求；當風量裕度在20％左右時，則采用變頻調速、串級調速較為經濟，而采用雙速電機和液力耦合器不能起到節電作用；當風量裕度在10％左右時，采用雙速電機和液力耦合器調速還不及調節門調節的經濟性好，而采用變頻調速和串級調速與調節門調節的經濟性相差不大，因而此時只要采用調節門調節即可，不必采用變速調節。 2）對于調峰機組和長期處于低負荷運行的機組，考慮到長期運行的安全可靠性、經濟性和操作維護工作量等，變頻調速和串級調速比雙速電機及液力耦合器等調速方式具有更大的優越性。因此，電廠在進行風機水泵節能改造時，應優先選擇變頻調速和串級調速方案。

3）母管制給水系統配備定速泵雖然可用臺數調節法提高運行經濟性，但是仍存在節流損失和運行效率降低的問題，如改為轉速調節，不僅可以進一步提高運行的經濟性，而且還可以提高機組運行的安全可靠性。對于由多臺泵組成的母管制給水系統，至少要有一臺調速泵，以提高運行的經濟性。 4）低效調速節能方式，即使在低轉速比時，相對節流調節方式而言，也有明顯的節能效果。且因其投資少，見效快，資金回收周期短，在老機組和中小機組改造中，容易收到明顯的節能效益。

5）變頻調速具有調速效率高，力能指標（功率因數）高，調速范圍寬，調速精度高，又可以實現軟起動，減少對電網的電流沖擊及對設備的機械沖擊，延長設備使用壽命等優勢，故對于大部分采用籠型異步電動機拖動的電廠風機水泵，變頻調速不失為目前最理想的調速方案，但其昂貴的價格又使用戶望而卻步，且國內目前尚無技術成熟的高壓大容量變頻設備，致使

大功率風機水泵調速節能運行的技術經濟分析（5）

表6各種調速裝置的性能比較

技術講座

表6各種調速裝置的性能比較（續）

大功率風機水泵調速節能運行的技術經濟分析（5）

表6各種調速裝置的性能比較（續）

其推廣應用受到限制。

6）內反饋串級調速和無刷雙饋變頻調速，既有變頻調速的優良性能，又避免了用戶的高投入，是適合中國國情的具有廣闊應用前景的風機、水泵調速節能方案。 參考文獻

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