我国各种电动机的总耗电量约占全国总消费电量的60%以上，其中3～10kV的中压电动机，人们习惯地统称为高压电动机，与低压电动机相比，虽然在数量(台数)的比例上约为20%:80%，但在容量(kW)比例上却为60%:40%。近年来，我国总消费电量高达12000亿kWh以上，如按电动机的耗电量占全国总消费电量的60%、高压电动机的耗电量占电动机耗电量的60%、可改造率暂按30%、微观(单台)节电率仅按30%预测，全国宏观年节电能力可达:
12000×60%×60%×30%×30%=388.8亿kWh
相当于新建80万kW、年运行5000h的发电厂10座！综合电价若按0.5元/kWh计算，我国宏观年节电价值可达:0.5元/kWh×388.8亿kWh/a=194.4亿元。
为此, 1997年颁布的《中华人民共和国节约能源法》中规定:“发展电机调速节电和电力电子节电技术”。其中, 电力电子的核心技术就是变频技术, 变频调速技术则是电机调速与电力电子的技术集成。特别是高压电动机变频调速技术, 理所当然地成为我国节能技术措施中的“重中之重”。
辽阳石化分公司是集炼油、化工、化纤生产于一体，连续化生产的国有大型企业，2003年实现销售收入101亿元人民币，实现利润5.08亿元，预计2004年将实现销售收入130多亿元人民币，实现利润15亿元。为确保公司正常连续化生产, 公司建有燃煤电站一座，实行汽、电联产、以汽定电，总装机容量为274MW，最大外供能力225MW，全公司有高、低压电动机约3万余台，总装机容量约30万kW，实际发电量全年平均为185MW，基本满足自发自用的需要, 目前公司发电完全成本为0.25元/kWh，变动成本为0.16元/kWh，截止2004年，公司全年生产、生活用电达15亿kWh左右。随着中央关于振兴东北老工业基地战略的实施，辽阳石化分公司也步入快速发展的轨道，根据十五和十一五规划，全公司新增电力达150MW，由于我公司热电厂是热电联产、以汽定电，根据对我公司汽电平衡结果显示，到2006年，我公司电力缺口最大将达80MW，缺口电力将需全部从电力系统获得，届时将大大增加公司生产运行成本(预计平均电价为0.6元/kWh)，因此，为确保公司生产经营实现效益最大化，在以往节电的基础上，进一步探索节电新方法，最大限度的降低企业用电量，对辽阳石化分公司来说，具有十分重要的战略意义和现实意义，也是缓解国家电力供应紧张的有意义举措。

目前，在节电技术方面首推变频调速技术，低压变频调速技术由于发展快，成本相对较低，在各个领域获得广泛应用，而高压电动机变频调速技术由于受技术条件的限制，发展相对较慢，制造成本居高不下，由于受其一次投资过高的限制，目前还很难大面积推广。笔者就目前公知的针对高压电动机所采用的各种变频调速技术方案进行分析对比，以探索高压电动机节电新方案，以更好的为企业和社会的发展多做一些有意的工作。

2 目前国内外针对高压电动机采用的变频调速技术

2.1 高-低-高压型

它通过一台降压变压器先将高压工频电源变为低压工频电源提供低压变频器，再将变频器输出的低压变频电源通过一台升压变压器变为高压变频电源，提供高压电动机变频调速。其缺点是升压变压器要么采用普通硅钢片磁性材料，要么采用非晶态磁性材料。后者成本高;前者变压器本体虽然成本低，但加装输出滤波器则成本更高;尤其是升压变压器在非正弦波工况下效率低，为了确保输出额定功率势必增大变频器的容量，导致整套装置成本高，而且占地面积大。

2.2 高-中压型
它是通过单支高压变频器件，实现高压频率直接转换。其缺点是单支高压变频器件成本很高，而且受耐压条件所限，其额定工作电压以3~4.16kV居多。

2.3 高-高压型
它通过多支高压变频器件串联方式，实现高压频率直接转换。其缺点是多支高压器件串联的变频装置可靠性很差，造价很高。

2.4 多重化型
它通过一种特制的变压器将高压工频电源降为不同电角度的低压工频电源, 经多个低压变频器模块叠加成多脉冲高压变频电源。其优点是输出波形更接近于正弦, 高次谐波较低;缺点是变压器结构复杂, 如6kV装置至少配置15个、10kV装置至少配置24个低压变频器模块，因而故障概率高，系统效率低，装置成本高。

2.5 内反馈型
它是传统的串级调速类型的一种改良型。无论内反馈，还是外反馈，都是基于绕线型电动机的晶闸管变频调速方式。其缺点: 一是绕线型转子因其滑环和电刷维护麻烦，故障多; 二是变频器主器件晶闸管载频低，高次谐波大，往往超过了国家标准4%限度值，功率因数低，调速范围窄。况且，内反馈调速专用电动机比同等容量、同等电压等级的普通笼型电动机体积大，效率低，成本高。

2.6 常规高-低压型
采用变压器降压，改用普通低压电动机取代高压电动机实施低压变频调速。因受工艺条件所限，低压电动机的标准容量一般不超过500kW; 大容量低压电动机目前制造周期长达半年以上; 定子绕组长期在脉冲频率和高次谐波下运行将加速绝缘老化，乃至发生击穿烧毁事故; 况且，相同容量的高压电动机与低压电动机的底座尺寸亦不同，还得重打基础，并须更换对轮。若换成低压变频调速专用电动机，不仅造价太高，而且同等容量的低压变频调速专用电动机的机座比高压电动机的机座大，无法进行直接安装，必需重新设计并打基础，同时需重新更换对轮，给现场改造带来麻烦。

3 增容型高-低压变频调速集成装置特点

该方案(中国实用新型专利授权号:200420031105.5/中国发明专利申请号:200410021252.9)针对上述变频调速技术的弊端，提供一种增容型高-低压变频调速集成装置，旨在:
(1) 解决目前高压电动机实施变频调速技术方案中欠功率运行问题;
(2) 电动机增容有利于提高生产能力;
(3) 进一步提高电动机效率;
(4) 不增载则可降低电动机运行温升。

其优点是“四高”、“四低”、“两短”和“两省”，即高功率、高效率、高功率因数、高可靠性，低谐波、低成本、低温升、低压安全，短施工期、短回报期，省能源、省原材料。
增容型高-低压变频调速集成装置，由提供变频器合理升压增容的变压器T，容许过压10%～15%运行的低压大容量变频器LF，利用普通高压电动机通过变换其定子绕组接线结构及线圈绝缘结构改制而成的增容型低压变频调速电动机HM′，以及低压变频/工频切换开关Ct、Cf、Cw所集成，如图1所示。其特征在于高压开关柜Cm的输出端与变压器T的高压输入端相连接, 变压器T的低压输出端与工频/变频切换装置中的变频器输入侧开关Ct的进线端连接, 开关Ct的出线端与低压变频器LF的输入端相连接，变频器LF的输出端与变频器LF的输出侧开关Cf的进线端相连接,开关Cf的出线端与增容型低压变频调速电动机HM′相连接，工频/变频切换装置中的旁路开关Cw与变压器T的低压输出端和电动机HM′连接。

普通高压电动机的的定子铁心采用开启型槽结构，见图2。每根导体绕有多层玻璃丝作为匝间的低压绝缘，每个线圈绕有多层云母带作为线圈间和极相组之间的高压绝缘，由于绝缘材料占据槽窗口的大部分空间，导致每槽的导体总截面积/槽窗口面积即占空比低至1/3以下。而增容型低压变频调速电动机HM′的定子铁心，虽然延用普通高压电动机的开启型槽结构，定子线圈仍采用高压等级绝缘，但是将导体玻璃丝绝缘层次适度减少，线圈外包的云母带厚度适当减薄，见图3。既满足了低压变频峰值脉冲电压和高次谐波电压对电动机的耐压要求，又为尽量增大导体截面积达到增容目的提供了空间，使每槽导体总截面积/槽窗口面积即占空比大于1/3甚至达到1/2。在保持原高压电动机磁通密度和电流密度不变前提下，可提高原电动机额定功率1～3个标准系列功率等级。在电网电压相对稳定的场合，利用通用型低压变频器允许电网输入电压高于额定电压10%或15%的技术规定，通过变压器合理提升变频器的额定输入电压5%～10%，并设置变频器弱磁点电压比例参数至105%～110%，从而在变频器额定电流不变前提下，可提高其额定输出容量5%～10%。

表1～6是增容型高-低压变频调速集成装置与各种高压电动机变频调速装置性能对比数据。
通过对以上各种方案进行分析对比，我们可以看出:以上1~6种针对高压电动机的变频调速技术方案虽然不同，却有一个共同的弊端，即电动机受变频电源内阻大、产生的高次谐波，以及电压降等因素影响，当变频频率达到工频时，电动机达不到额定功率，这就是“电动机改为变频调速后出力低”的缘故，同时，无论那种方案，其一次性投资均较高。针对辽阳石化分公司用电的实际状况，通过对1~6方案进行经济技术比较，以上6种方案由于受投资回报率低、今后维护量较大等多方面影响，很难在我公司获得广泛应用。而增容型高-低压变频调速集成装置因其以上所表现出优点，必将获得较为广泛的应用。