摘要：
阐述中压变频器技术和内反馈调速技术的原理、结构特点，从技术、经济等方面对其进行比较，分析主要特点和节能效果。
关键词：变频；内反馈；调速；比较
变频技术的发展提高了工业电气传动的水平，提高了设备工作效率。内反馈斩波调速技术也以其独特的结构、性能在工业电气传动领域占有不可或缺位置，本文就这两种设备作一个简要比较，以供有关工程技术人员在选择调速装置时参考。
1 结构特点
1．1变频器的性能、结构特点
高压变频器，根据其设计指导思想的不同，性能是有差别的。简单来说，变频器的频率精度高、能实现的调速范围大，所以，凡是对转速精度要求高、调速范围宽的系统，选择变频调速；但是，由于电动机对波形要求以及电网对谐波指标的限制，在制造变频器时，不得不采用由许多逆变器串联以获得接近于正弦波的方案以及采用具有多二次绕组的移相变压器以便尽量减少谐波电流的影响。这就使得在构成变频器时，需要多得多的电力电子元件，如：整流模块、IGBT模块、电解电容器等。其次是高压变频器的电力电子元件，在使用中都对地带高压，如10KV的变频器，元件对地的电压是5KV多，这些元件在工作过程中，必然使周围空气中的灰尘吸附其表面，造成元件带电体通过表面绝缘对地爬电，影响可靠性能。由于上述问题的存在，必然对变频器的工作环境提出很高的要求，如温度要适中、尘埃要少等。
1. 2高压变频调速系统的组成
高压变频调速系统是在原有的开关和电机之间增加一台高压变频器，如图1
图1高压变频器原理图
其中的电机是普通的感应式交流异步电机,变频器是调速系统的核心,常用的“高-高”电压型变频器原理如图2。它由变压器和一些整流逆变功率单元及相关的控制、测量、保护、调解等回路组成。三相高压电流经变压器的隔离、降压、分组，向各功率单元的整流器供电，由逆变器控制下逆变，然后进行叠加、输出，带动电机运行。
1．2内反馈调速系统的结构特点
内反馈斩波调速系统，已由最初的移相控制发展到现在的斩波控制，尤其是大功率IGBT模块在斩波调速装置中的应用，使这种装置的性能和可靠性得到了大幅度的提高。就目前使用最多的IGBT—SCR型内反馈调斩波速系统为例，说明内馈调速系统的特点。图3是内馈调速系统的原理简图，其中的电机是一种针对内反馈调速技术设计的绕线式电机，它的定子绕组除接在相应的电源上之外，还设有反馈绕组，用来接受转子的移出功率Pes,内馈控制是内反馈调速系统的核心部分,图4是斩波内反馈控制系统原理图,主要是由整流、斩波、逆变等几个部分组成。当定子绕组通入交流电时，在转子中有感应电势产生，经过滑环碳刷引出到整流器、斩波器使电机转动，多余的功率（实际是转子移出功率Pes）经过逆变其送入定子的反馈绕组中。控制斩波器的导通时间，就能控制转子移出功率Pes，实现对电机转速的调节。图4是 COSON-NK系列斩波调速装置系统图。限于篇幅，关于斩波器控制细节，这里不作详细讲述。
图2内反馈调速系统图
图3 COSON-NK系列斩波调速装置原理图
2 结构比较
高压变频器调速系统用的电机是普通的感应式交流异步电机。高压变频器串联在电源和电机之间，高压变频器的功率大于电机的功率；内馈调速系统用的电机是特殊的绕线式电机，斩波控制器是接在转子和内馈绕组之间。
变频器是建立在现代电力电子技术基础之上的高技术产品，元器件技术含量高，模块化结构，要求严格，需复杂的软件支持；内馈调速系统用的元器件相对较成熟，大功率晶闸管结构，软件支持相对简单。
高压变频器由大于电机功率的变压器和功率单元组成，因此体积大，占地多；内馈调速系统控制功率统控制功率小于电机功率，一般相当于电机功率的1/3左右，因此体积小，占地少。
高压变频器控制功率大，发热量大，需要散热功率大；内馈调速系统控制功率小，发热少，散热功率小。
高压变频器调速系统维护难度大、维修成本高，但电动机的维护量较少；内馈调速系统维护比较简单、维修成本低，但电动机的维护量相对较多。
3 性能比较
不论高压变频器还是内馈调速系统，都能够满足运行生产需要。变频器使用较早，高压变频器技术先进，多数是进口设备进口技术，软件技术含量高，结合现代通信技术和计算机技术，实现数据远传，适应现代生产管理。内馈调速系统起步较晚，属我国自己的技术。目前，采用IGBT制作斩波器及采用SCR制作逆变器的内馈斩波调速装置，其电性能指标和可靠性都有极大提高。内馈斩波调速系统的节能效果及投资回报方面，远高于高压变频调速。
高压变频器与内反馈斩波调速装置性能比较见表1。
表1 高压变频器与内馈调速系统性能比较表
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高压变频器 |
斩波调速装置 |
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控制功率 |
1． 高压变频连接在电动机的定子回路，它的控制是电动机额定功率的125%，
2． 按效率95%计算，损耗达到50KW（对于1000KW负荷） |
1． 斩波调速装置连接在电动机的转子回路，他的控制容量是电动机额定功率的25%左右
2． 实际损耗约10KW左右，所以效率高于高压变频器 |
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功率因数 |
0.9—0.95 |
装置内部无功补偿可达到0.9 |
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效率 |
95% |
98% |
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谐波影响 |
对电网谐波影响5% |
对电网谐波影响4% |
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干扰 |
对其它设备产生电磁干扰，对某些自动控制系统工作产生干扰 |
对其它设备不产生电磁干扰 |
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对电动机
的影响 |
对电动机绝缘损害较大，绝缘提前老化；电动机产生轴电压，轴承容易损坏 |
没有这种问题 |
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启动性能 |
软启动 |
软启动 |
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过载能力 |
120% |
200% |
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故障影响 |
1． 高压变频故障时，旁路断路器合上，电动机转速快速上升到全速，对工艺严重冲击；
2． 电动机没有了软启动功能 |
1． 斩波调速装置故障时，电动机转速经特殊切换装置,在5—10分钟内逐步上升到全速，继续运行，对工艺影响小；
2． 电动机仍可以软启动后全速运行 |
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维修性 |
高压变频器发生故障，一般用户难以自行维修，而且备件费用高 |
斩波调速装置发生故障，用户技术人员有条件自行处理，而且备件费用低 |
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调速范围 |
5-100% |
30-100%，对于离心式风机完全足够 |
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装置尺寸 |
5米—10米×1400×2200 |
2.7米—5.4米×1000×2200 |
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适用
电动机 |
适用于变频电动机 |
适用于绕线式电机
或内反馈电动机 |
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开关设备 |
高压断路器3台(多2台高压断路器) |
高压断路器1台 |
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控制室
条件 |
1． 占地大；
2． 环境要求高，空调、无尘 |
1． 占地只有高压变频的50%；
2． 环境温度40℃，无严重灰尘 |
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总投资 |
大 |
约为国产高压变频器的60% |
4 经济性比较
建设投资:高压变频器多数是进口设备,容量大,技术先进,必然价格高,一般在1000元/KW；内馈调速系统使用容量较小,价格相对较低,般低于600元/KW,以改造一台1000KW电机为例,使用内馈调速系统比使用高压变频器少投资40万元左右。
节能效果：高压变频器有大于电机功率的整流变压器和许多功率单元，自身消耗功率大，因此总效率在90%-94%之间；内馈调速系统无大功率变压器，控制功率小，自身消耗率小，效率在98%以上。同样以一台1000KW电机为例，假设年运行6000h，在其他条件相同时，高压变频器比内馈调速多用电18万KWh..
5 结论
高压变频系统和内馈调速系统采用不同的控制原理，都能实现高压电机调速节能运行，都能满足生产需要，但各有千秋，不能相互取代。在低压小容量电机调速时，选用变频器调速，无可非议。在中、高压大容量电机调速系统中，要根据各自的选择原则确定首选对象。在注重转速精度要求极高、速度变化范围大的场合，可优先考虑选用高压变频调速系统；
经过几年来不断的完善改进和新元器件的采用，内反馈斩波调速装置的性能有了质的提高，尤其采用了特殊切换装置的斩波调速装置，即使在装置内部故障时，也能实现电动机的无扰动切换及连续运行。所以，当注重投资回报、经济效益时，可考虑选用内馈斩波调速系统。
参考资料：胡崇岳 现代交流调速技术
吴民强 泵与风机节能技术问答
童诗白 模拟电子技术应用基础
河北玖翔节能技术有限公司产品手册
作者简介：王宏 男，工程师 主要从事高压电机运行，供配电设备的运行及管理工作。
