一、技术背景
随着中国工业和经济的发展,节能已成为中国企业可持续发展的必然选择。电机系统节能作为节能的重点,从“十一.五”以来就被列为十大节能工程项目之一。工业领域电机用电量约占工业用电总量的75%，而高压电机的耗电量又占到了绝大部分,因此高压电机节能已成为工业的节能关键。工业生产领域大量使用的风机水泵高压电动机，经过十几年的节能改造，大部分高压电机已经由原来通过其它机械环节的控制方法逐步选择使用变频调速技术来实现节能控制，有效的降低了电能的消耗，在为企业带来直接经济效益的同时也产生了长期的社会效益。
但因为基于高压变频技术的高压电机节能工程项目成本高,技术相对复杂,故障率高、寿命短、维修成本高等因素，制约了用能企业进行高压电机节能改造和技术升级的积极性。但随着近几年电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的快速发展，电气传动技术正经历着前所未有的科技革新，特别是无刷双频高压电机低压变频调速技术的出现，在企业面临行业竞争激烈和利润大幅下滑，而能源成本居高不下的情况下，为企业实现节能增效带来了新的希望。
二、技术典型应用
中国石油化工股份有限公司武汉分公司针对冷却水循环水泵机组高压电机实际的运行状况及设备存在的问题进行了分析，基于有效降低生产用电与节约成本为目标，先后对冷却水循环水泵高压电机进行了高压变频节能改造和无刷双频高压电机低压变频节能改造的工程。通过三年时间的实际运行，在对设备改造前后节能效果进行统计分析的基础上，同时也对两种不同的节能改造方案进行了系统性的总结，最终通过技术先进性、设备运行稳定性和经济性的综合指标对比，验证得出无刷双频高压电机低压变频技术具有绝对推广优势的结论，这对国内以高压电机为动力的水泵与风机机组节能优化改造具有重要的借鉴意义。
三、无刷双频高压电机低压调速系统技术原理
无刷双频电机是一种由两套三相不同极对数定子绕组和一套自闭合、无电刷和滑环装置的转子构成的新型交流感应电机。两套定子绕组分别称为功率绕组和控制绕组，转子可采用特殊笼型，磁阻转子或者绕线转子结构，如图1所示。无刷双频电机基本原理是经过特殊设计的转子使得两套定子绕组产生不同极对数的旋转磁场间接相互作用，并能对其相互作用进行控制来实现能量传递；电机既能作为电动机运行，也能作为发电机运行，可将功率绕组运行状态产生的电能反馈给电网。在改变控制绕组的连接方式及其供电电源电压和电流的幅值、相位以及频率能实现无刷双频电机的多种运行方式。
四、高压电机高压变频调速与无刷双频高压电机低压调速系统运行原理
无刷双频高压电机采用电网工频电源和低压变频电源分别供电，具有运行可靠，变频电源容量较小，且可采用不同电压等级等特点。作为一种新的用于高压大容量场合的交流电动机变频调速系统，与普通高压电机高压调速系统相比较，无刷双频高压电机低压调速系统技术优势非常突出，可以用以下两个能量流图来说明：
图2所示为普通电动机+高压变频器调速系统。从图2可以看出从电网来的全部电能都要经过高压变频器变频处理后才能到达电动机。
图3所示为无刷双频电动机低压变频器调速系统。从图3可以看出从电网来的电能分为了两路，一路工频供电直通电动机，无需经过任何变换；另一路电能则要经过低压变频器变频处理后到达电动机，这一部分功率除非在重负载应用的情况下，一般不会达到运行总功率的50%。
作者：中国能源研究会节能与企业能源管理专业委员会 主任 辛国宾
五、无刷双频高压电机低压变频调速系统的优点
无刷双频高压电机低压变频调速系统与普通高压电机高压变频调速系统相比较，除了具备高压变频器所具有的强大功能外，还具有以下优点：
1．效率高
无刷双频高压电机低压变频调速系统比普通高压电机高压变频调速系统效率要高两个百分点以上。因为普通电动机系统中全部电能要经过一个全容量变压器和一个全功率变频器才能达到电动机，这个过程中，即便变压器和变频器效率均高达98%，系统效率也只有92%，高压变频调速系统在运行时因为散热量非常大和功率器件对环境温度要求比较高，需要配套专用的降温系统，因此导致系统能耗大幅增加；而无刷双频高压电机低压变频调速系统，因为只有小部分电能需要处理，自身散热量非常低低，且对运行环境温度要求不高，不需要配套降温系统，另外系统还可以将电机产生的多余发电电能反馈回电网，所以系统效率大于94%，节能效果更加突出。
2．可靠性高
无刷双频高压电机低压变频调速系统中采用的是低压小功率变频器，电气结构简单，没有任何高压器件，因而与采用高压器件的普通高压电机高压变频调速系统相比，可靠性要高得多。
3. 对电网污染低
低压变频装置对电网反馈的谐波符合IEEE 519 1992标准的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求，THD小于4%；另外无刷双频高压电机变频调速系统只有小部分电能需要经过电力电子器件处理，因而对电网及周边用电设备影响与高压变频调速系统相比也要小得多。
4. 占地面积小
无刷双频电动机变频调速系统功率控制柜体积只有传统高压变频调速系统的三分之一，可大幅节省安装场地及投资。
5.成本低
无刷双频高压电机变频调速系统采用的是以低压控制高压，小功率控制大功率的理念，控制装置为低压小功率，设备整机设计寿命30年，因而制造和安装以及维护成本都要大大低于普通高压电机变频调速系统，从根本上解决了用户想用买不起和设备坏了更修不起的困境。
六、结束语
无刷双频高压电机低压变频调速系统节能改造节电效果显著，低压变频调速系统运行稳定，节能投入成本低，为企业的节能增效起到了重要作用。随着无刷双频高压电机低压调速技术的日益成熟，必将全面替代传统高压变频技术，并在化工、发电等行业得到广泛的应用，将为企业实现节能降耗，创造良好的社会与经济效益。
作者：中国能源研究会节能与企业能源管理专业委员会 主任 辛国宾
