電力資源和水力資源供求矛盾日益突出，節電、節水已經成為我國經濟發展的一項戰略國策。節電、節水的關鍵是風機、泵類的調速經濟運行。我國發電總量的60%以上是通過電動機消耗的，其中一半以上用于各種風機和泵類。如果以調速傳動代替原有的恒速傳動，通過改變轉速來調節流量和壓力，取代傳統的用風擋板和閥門調節的方法，平均可節約電力30%左右，估計全年可節電數百億度。目前在高壓大功率風機泵類負載的電機調速中應用最為廣泛的兩種調速方式是：高壓斬波內饋調速與高壓變頻調速。下面我們從幾個角度對二者進行對比。 1. 調速原理 1.1 交流調速的功率控制原理 根據異步機的能量轉換與傳輸原理，異步機等效于圖1的功率圓模型。 圖1A鼠籠轉子的異步機模型 圖1B 繞線轉子的異步機模型 異步機的定子與電源相聯，從中吸收電功率P1，同時吸收感性無功功率建立旋轉磁場，將定子的電磁功率傳輸給轉子，轉子將此電磁功率轉化為機械功率輸出。 定子的電磁功率表示為: 由此可見，交流調速的實質在于功率控制，即電磁功率控制和損耗功率控制兩種原則。電磁功率控制改變的是理想空載轉速，而損耗功率控制則是增大轉速降，前者是高效率節能型調速，后者則是低效率的耗能型調速。調速性能取決于調速原理，高效率交流調速的關鍵在于如何控制電磁功率，至于選擇定子控制還是轉子控制，僅僅是對象的不同，并沒有本質的區別。 1.2 斬波內饋調速原理 所謂內饋調速是一種將調速電機的部分轉子功率（即電轉差功率）移出來，以電能的形式反饋給電機內部的調節繞組的特殊調速方式，是轉子電磁功率控制的調速。內饋調速的能量原理可以用左圖得以說明。 電機調速時，轉子的部分功率通過電傳導饋入反饋繞組，如果忽略損耗，反饋繞組所獲得的功率與轉子被移出的功率相等，表現在圖中，為轉子功率圓部分面積與反饋繞組功率圓面積相等。由于轉子的部分功率被移出，故轉化的機械功率減小，因此電機轉速下降。這樣，轉子被移出的功率越大，反饋繞組的功率就越大，而機械功率就越小，轉速就低；反之則機反；當反饋繞組功率為零時，機械功率幾乎和轉子功率相等，電機轉速最高。 根據電機調速的P理論，內饋調速的實質在于將轉子的部分電磁功率移出，使余下的轉子功率轉化為機械功率，因此移出的功率越多，轉化的機械功率越少，電機轉速則越低。因此，改變移出功率的多少，即可控制機械功率大小，電機轉速便得以調節。 圖中轉子斜線陰影部分面積表示移出功率，為了使移出的轉子功率不被消耗，以提高效率，內饋電機特殊設置了反饋繞組，目的是接收從轉子移出的功率。反饋繞組在接收移出功率的同時，又將這部分功率送還給定子。定子繞組功率P1=Pem-P3=PM，即定子繞組共出的只是機械功率。因此在調速時，機械功率圓面積減小，定子功率圓面積也減小，電機實現高效率的節能運行。 斬波實際是變流主電路的數字控制。變流控制是交流調速的關鍵，關系到調速效率、功率因數、可靠性及其它技術性能，是近代交流調速研究開發的重點方向。斬波控制的目的是克服移相控制存在的缺點。實踐表明，斬波控制不僅有效地解決了移相控制的功率因數低、諧波畸變大等問題，同時，有源逆變器的最大容量可減小到電機額定容量的14.8%，而且觸發脈沖被固定在最小逆變角處，不再移動，這樣，就從根本上解決了最為頭疼的有源逆變器可靠性問題。這種斬波電路巧妙地解決了晶閘管的關斷問題，可靠性高，效率高，使內饋調速擺脫了移相控制的束縛，形成斬波+內饋的優化組合。 1.3 高壓變頻調速原理 從功率控制角度來講，高壓變頻調速是典型的控制定子電磁功率的調速，是間接控制轉子電磁功率的調速。此時定子電磁功率表示為: 因此可通過調節U1（ 受轉矩平衡方程式約束不能作為控制量）來改變定子電磁功率，由于定、轉子電磁功率相等，間接實現了轉子電磁功率控制，進而實現了異步機機械功率控制，達到調節轉速的目的。其調速原理如圖1所示。 圖1 變頻調速的功率控制原理 但單純調壓并不能實現定子電磁功率控制，原因是U1不但影響電磁功率，而且還作用于磁場，根據電機學，主磁通 如果單純調壓，U1降低使Φm減小，而U1增大Φm受磁飽和限制不能增大，U1的減小將引起損耗功率急劇增大。 為了解決上述問題，應根據式（3）在調壓的同時，正比地改變頻率f1 ，使Φm保持不變，即變頻調速實質上是通過同時控制電壓和頻率來實現高效率的電磁功率控制的調速方案。 1.4 結論 高壓變頻調速與斬波內饋調速同屬控制電磁功率的高效率無級調速，其機械特性同為平行曲線族，兩者的調速技術性能沒有明顯差異。 高壓變頻調速與斬波內饋調速最大的不同在于高壓變頻是立足于電機定子的功率控制，而斬波內饋調速則是立足于轉子的功率控制。因此，高壓變頻最大的優勢是適用于鼠籠型與繞線型異步機，而斬波內饋則僅適用于繞線型異步機。 但轉子控制回避了定子控制的高壓問題，對高壓電機可以實現低壓控制。而且控制裝置與電機的軸輸出口是并聯聯接，這樣就可依工況需要而靈活選擇調速范圍，因而降低控制裝置的容量。 為了提高滑環、電刷的可靠性，內饋電機在材料、材質上做了革新，同時采取了局部風冷措施，這樣可使電刷壽命比普通繞線機提高一倍以上。 此外，轉子控制由于電磁隔離作用，控制裝置對電源的畸變影響很小，而高壓變頻的定子控制直接與電網聯接，諧波污染較大。 2. 斬波內饋調速技術指標與高壓變頻調速的對比 2.1 價格低 2.2 可靠性 電力電子器件為低壓大電流的，斬波內饋調速以低壓（一般660V以下）控制高壓（6KV、10KV），從而設備運行可靠；而高壓變頻調速不可避免的遭遇電力電子器件耐壓問題，現場運行中的故障多為功率器件過壓擊穿所致。 2.3效率 斬波內饋調速η＞98% ,變頻調速因必須配套變壓器η≤94%； 2.4 諧波 電流畸變率小，而且由于轉子的隔離作用不會反饋至電網，無污染，是綠色環保產品。變頻調速的諧波高，且直接污染電網，并影響其它自動化控制系統的正常運行，必須加裝濾波裝置。 2.5 控制系統 斬波內饋調速在轉子側實施調速控制，其控制功率僅為電機功率的14.8%，所以控制系統的結構簡單，體積小；而高壓變頻調速是在電機定子側實施控制，控制功率要大于電機功率,一般為（1.2-1.3）倍的電機功率，而且必須配套變壓器（內置或外置），所其控制系統結構復雜，體積龐大，占地面積大。 2.6 節能效果 同等工況下，斬波內饋調速比變頻調速節能率平均高5-8%左右。工況允許的情況下，斬波內饋調速的節能率可達40-50%。 2.7 電機的改造 高壓變頻調速系統由于其變流技術的復雜性，會嚴重損壞普通電機的使用壽命，一般也需配套專用電機。 3. 應用現狀 高壓變頻器是在低壓變頻器已成功應用的基礎上發展起來的，其開發和生產的難度在于：一、高壓變頻器由于供電電壓高，而目前世界上電力電子器件的耐壓水平還不能與此要求相適應；二、高壓變頻器由于控制的功率大，其技術難度大，制造技術要求高，所以資金投入大，而高壓變頻器主要應用于風機泵類負載的調速節能運行，需低投入。 ZNT-2000型、CTK-1型高壓斬波內饋調速系統是北京內達調速科技有限公司推出的第三、第四代最新改進型產品，由YQT型試用于斬波控制的內饋調速電機與高壓斬波內饋調速控制裝置組成，第三代與第一代移相觸發適和第二代貫通式內饋調速相比，無論在技術性能和可靠性方面都取得了質的進步。由于是低壓控制高壓，可采用成熟的電力電子器件，同時資金投入小，回收期短。 綜上所述，鑒于各行業的大型企業中風機泵類調速節能的巨大經濟潛力，調速節能改造勢在必行。通過以上對比，我們不難得出一個結論：和高壓變頻器相比，斬波內饋調速系統在性能指標、節能效果，資金投入、占地面積等各方面都具有明顯優勢，是企業風機泵類調速的最佳方案。