电力需求侧管理（DSM）讲座五[电力拖动的调速技术]

电动机的旋转，是建立在电磁理论基础之上的。感应电动机既消耗有功功率，把电能转换成机械能；又消耗无功功率，建立必要的旋转磁场。所以电动机节电一方面要提高它的运行效率，减少有功消耗；另一方面要提高它的运行功率因数，减少无功消耗。

电动机的节电途径主要有两个：一是提高电动机的制造效率，采用高效电动机替代相对低效的普通电动机，它是提高运行效率和功率因数的基础，也是长期以来通行的一个主要节电技术措施；二是提高电动机的运行效率，采用调速技术改善启动性能和运行特性，提高电力拖动的系统效率。

电力拖动存在的问题有两个：一个是运行中电动机的大多数，其平均负载率比较低，即使是高效电动机也经常处于低效区运转，导致电动机本身功效下降；另一个是恒速电动机不能满足工作机械的调速要求，采用低效耗能方式完成工艺作业，使整个拖动系统功效下降。它们是电力拖动在提高能效方面的主要技术障碍，也是需求方管理关注的重点领域。

平均负载率过低的原因很多。比如选用电动机时不太了解负载工况，不注意电动机和工作机械的容量匹配，认为容量大总比容量小好；有的投产后长期达不到设计能力，负载太轻又总达不到预期负载；有的经过工艺改革或技术改造，工作机械负载下降，却没及时更换电动机等等，这就需要以与负载匹配的高效电动机来替代。还有些需要重载启动的电动机，使用与负载相匹配的普通电动机达不到启动转矩的要求，只有牺牲容量效益获得较高的启动转矩，致使电动机的负载率下降，采用启动性能好的调速技术是提高电动机负载率的一个有效办法。

交流调速技术的快速发展，开辟了感应电动机调速节电应用的新领域。从调速技术用途观察，一类是生产工艺过程控制，另一类是调速拖动节电。生产工艺过程控制主要为了达到改善工艺和提高工效的目的，以获得产品质量和产量的效益，有些还兼得一定的节电效果，它广泛应用在国民经济各个部门的生产工艺设备的控制上。调速拖动节电的主要目的是提高电力拖动系统的整体用能效率，从而获得节电效益，主要应用在用电负载率低和工况变动较大的风机和泵类等流体设备的拖动上，部分用在用电负载率低和需重载启动的工作机械上，它们的节电效果最为显著，已经成为交流调速技术节电的首要应用领域。

2．调速方式的类别

根据感应电动机的转速特性表达式（3-18）可知，它的调速方式有三大类：频率调节、磁极对数调节和转差率调节，比较成熟和广泛应用的有8种通用调速技术（见图3-11）。

基于节能角度，通常把交流调速分为高效调速和低效调速。高效调速指基本上不增加转差损耗的调速方式，在调节电动机转速时转差率基本不变，不增加转差损失，或将转差功率以电能形式回馈电网或以机械能形式回馈机轴；低效调速则存在附加转差损失，在相同调速工况下其节能效果低于不存在转差损耗的调速方式。

属于高效调速方式的主要有变极调速、串级调速和变频调速；属于低效调速方式的主要滑差调速（包括电磁离合器调速、液力偶合器调速、液粘离合器调速）、转子串电阻调速和定子调压调速。其中，液力偶合器调速和和液粘离合器调速属于机械调速，其他均属于电气调速。变极调速和滑差调速方式适用于笼型异步电动机，串级调速和转子串电阻调速方式适用于绕线型异步电动机，定子调压调速和变频调速既适用于笼型，也适用于绕线型异步电动机。变频调速和机械调速还可用于同步电动机。

3.调速方式的技术特性

（1）变极调速：变极调速是通过改变定子绕组的极对数来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。由于极对数p是整数，它不能实现平滑调速，只能有级调速。根据式（3-14）可知，在供电频率f＝50Hz的电网，p＝1、2、3、4时，相应的同步转速n0＝3000、1500、1000、750r/min。改变极对数是用改变定子绕组的接线方式来完成的（见图3-12），图3-12中（a）的p＝2，（b）和（c）的p＝1。双速电动机的定子是单绕组，三速和四速电动机的定子是双绕组。这种改变极对数来调速的笼型电动机，通常称为多速感应电动机或变极感应电动机。

多速电动机的优点是运行可靠，运行效率高，控制线路很简单，容易维护，对电网无干扰，初始投资低。缺点是有级调速，而且调速级差大，从而限制了它的使用范围。适合于按2～4档固定调速变化的场合，为了弥补有级调速的缺陷，有时与定子调压调速或电磁离合器调速配合使用。

（2）串级调速：串级调速是在绕线型感应电动机的转子电路中串入一个与转子电动势相反的附加电动势，用以减少转子电流，降低转子的转矩，从而达到调速的目的