[科普中国]-高压电动机

高压电动机是指额定电压在1000V以上的电动机。常使用的是6000V和10000V电压，由于国外的电网不同，也有3300V和6600V的电压等级。高压电动机产生是由于电机功率与电压和电流的乘积成正比，因此低压电机功率增大到一定程度(如300KW/380V)电流受到导线的允许承受能力的限制就难以做大，或成本过高。需要通过提高电压实现大功率输出。 高压电机优点是功率大，承受冲击能力强；缺点是惯性大，启动和制动都困难。

类型高压电机分为：高压同步电机；高压异步电机；高压异步绕线式电动机；高压鼠笼型电机等。

用途应用各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机 ）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机 （见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用 。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。 电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。

调速从市场情况看，高压电机调速技术可分为如下几种：

液力耦合器

在电机轴和负载轴之间加入叶轮，调节叶轮之间液体（一般为油）的压力，达到调节负载转速的目的。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降效率越来越低、需要断开电机与负载进行安装、维护工作量大，过一段时间就需要对轴封、轴承等部件进行更换，现场一般较脏，显得设备档次低，属淘汰技术。

早期对调速技术比较感兴趣的厂家，或者是因为当初没有高压调速技术可以选择，或者是考虑到成本的因素，对液力耦合器有一些应用。如自来水公司的水泵、电厂的锅炉给水泵和引风机、炼钢厂的除尘风机等。如今，一些老的设备在改造中已经逐渐被高压变频替换掉。

高低高型变频器

变频器为低压变频器，采用输入降压变压器和输出升压变压器实现与高压电网和电机的接口，这是当时高压变频技术未成熟时的一种过渡技术。

由于低压变频器电压低，电流却不可能无限制的上升，限制了这种变频器的容量。由于输出变压器的存在，使系统的效率降低，占地面积增大；另外，输出变压器在低频时磁耦合能力减弱，使变频器在启动时带载能力减弱。对电网的谐波大，如果采用12脉冲整流可以减少谐波，但是满足不了对谐波的严格要求；输出变压器在升压的同时，对变频器产生dv/dt也同等放大，必须加装滤波器才能适用于普通电机，否则会产生电晕放电、绝缘损坏的情况。如果采用特殊的变频电机可以避免这种情况，但是就不如采用高低型的变频器了。

高低型变频器

变频器为低压变频器，输入侧采用变压器将高压变为低压，将高压电机换掉，采用特殊的低压电机，电机的电压水平多种多样，没有统一标准。

这种做法由于采用低压变频器，容量也比较小，对电网侧的谐波较大，可以采用12脉冲整流减少谐波，但是满足不了对谐波的严格要求。在变频器出现故障时，电机不能投入到工频电网运行，在有些不能停机的场合应用会有问题。另外，电机和电缆都要更换，工程量比较大。

串级调速变频器

将异步电机部分转子能量回馈至电网，从而改变转子滑差实现调速，这种调速方式采用可控硅技术，需要使用绕线式异步电动机，而如今工业现场几乎都采用鼠笼式异步电动机，更换电机非常麻烦。这种调速方式的调速范围一般在70%-95%左右，调速范围窄。可控硅技术容易造成对电网的谐波污染；随着转速的降低，电网侧功率因数也变低，需要采取措施补偿。其优点是变频部分容量较小，比其他高压交流变频调速技术成本稍低。

这种调速方式有一种变化形式，即内反馈调速系统，省却了逆变部分的变压器，将反馈绕组直接做在定子绕组里，这种做法要更换电机，其他方面的性能与串级调速接近。

保护装置电动机差动保护装置主要用在大型高压电动机发电厂，化工厂等地方。如果发生严重故障导致电机烧毁，将严重影响生产的正常进行，造成巨大的经济损失，因此必须对其提供完善的保护。现有电动机综合保护装置主要针对中小型电动机，为其提供电流速断，热过载反时限过流，两段式定时限负序，零序电流，转子停滞，启动时间过长，频繁启动等保护功能。而对于2000KW以上特大容量电动机，则无法满足其内部故障时对保护灵敏度与速动性的要求，因而研制此装置并配合综合保护装置，为高压电动机提供更可靠更灵敏的保护措施。本装置设计成三相式纵差，因为2000KW以上特大容量的电动机所在的3KV﹑6KV﹑10KV电网可能是变压器中性点经高电阻接地的电网，三相式纵差保护不但能作为电动机定子绕组及引出线相间短路的主保护，而且可作为单相接地故障的主保护，作用于瞬时跳闸。

纳米绝缘材料自上世纪八、九十年代以来，绝缘材料制造与 应用领域关于纳米电介质的研究非常活跃，一些性 能优异的纳米复合材料于上世纪九十年代初在欧 美国家相继问世，如耐电晕聚酰亚胺薄膜、耐电晕 漆包线、纳米复合交联聚乙烯高压电缆等。这些纳 米复合材料在耐电晕、耐局部放电等方面性能卓 越，比传统材料性能高出了几十倍甚至上百倍，问 世后便很快分别在变频电机、高压电缆等领域获得 了应用。

采用纳米粒子对主绝缘材料进行增强改性是高压电机主绝缘的重要发展趋势之一，有些国外公司关于纳米复合主绝缘的研究目前已完成线棒试验并已进入样机试制阶段，而我国的相关研究才刚刚起步，且投入的人力物力还很欠缺。我们不应习惯于等到国外新产品问世后再来仿制或引进，这样是不能赶上国外先进水平的，例如耐电晕聚酰亚胺薄膜、耐电晕漆包线漆等产品，我们仿制了十多年也没有达到国外先进公司产品的水平就是典型的例子。原因除了工装设备差等因素外，有些关键技术是很难仿制的，比如纳米分散技术、粉体表面改性技术等。由于商业和技术壁垒等方面的原因，预计短期内国外不会公开或转让这些关键技术，我们需要通过自主研究才有可能掌握有关核心技术，缩小与国外技术的差距1。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学