引言：近年来，我国工业发展迅速，而在工业用电方面，传统的工业高压电机运行过程中存在着高能耗问题，对国家的能源节约和管理需求也日益强烈。在这种情况下，对传统工业高压电机进行变频调速改造已成为必然趋势。采用变频调速技术改造后的电机具有较高的节能潜力，其能够将电机运行时产生的机械能转换成电能，同时还能将能量进行回收再利用。此外，变频调速技术还具有较强的调节性能和较高的可靠性。因此，本文通过对某一工业企业高压电机进行变频调速改造，并在此基础上进行节能效果验证，从而为其他工业企业的节能降耗工作提供一定的参考价值。

一、工业高压电机变频调速技术概述

在工业领域中，传统高压电机运行时存在着高能耗问题，使得国家能源浪费严重，不利于我国经济的发展。在这种情况下，变频调速技术应运而生。变频调速技术是一种利用电力电子变换实现电机转速调节的调速方法。其主要分为两大类：一类是以调压、调速为主的调压变频调速技术；另一类是以调相、调角为主的调相变频调速技术。而在工业领域中，最常用到的变频调速技术就是调压变频调速技术。该技术能够通过改变电动机电压来实现对电机转速的调节，从而实现节能降耗的目的。通常情况下，工业领域中的高压电机主要包括鼠笼式异步电机、永磁同步电机和无刷直流电动机等[1]。

二、工业高压电机变频调速应用现状

在工业领域中，高压电机由于其启动电流较大，以及存在高能耗等问题，因此其节能改造一直以来都是工业企业的一项重要工作。而目前，我国大部分工业企业在高压电机的改造过程中普遍采用的都是变频器调速方式，而随着变频调速技术的不断发展，变频调速在工业领域中的应用也逐渐广泛起来。据统计，目前我国高压电机中应用的变频器主要包括高压变频器和低压变频器两种。而在实际应用过程中，由于低压变频器成本较低、效率较高、故障率较低等优势，因此其应用范围也越来越广泛。在这种情况下，对工业高压电机进行变频调速改造已成为一种必然趋势。

三、工业高压电机变频调速改造方案设计

3.1变频调速改造的必要性分析

高压电动机是工业生产的主要动力设备，具有功率大、结构复杂、转速低、对环境要求高等特点。目前，在企业中应用的高压电动机大多采用变频器进行调速，传统的调速方式是通过改变电源频率实现的，但是通过对电机绕组通电方式的改变来实现调速，这样不仅会造成电能的极大浪费，还会造成其他设备和材料的浪费。采用变频器来进行调速可以大大降低电能浪费，同时由于变频器可以在很宽的转速范围内输出高品质电压、电流和频率信号，因此可以通过改变变频器参数来改变电动机转矩和转速，达到无级调速的效果，提高了系统效率。

3.2设计方案的选择

3.2.1设备选型

本次高压电机变频调速改造，选用了SIEMENS公司生产的SZD50/515-HW/3000-3变频器，该系列变频器适用于3 kW以下的电机。该变频器的技术参数满足以下要求：具有多项功能，可方便地对电机进行起动、停止、正反转、制动、调速等控制，并可实现软启动；具有完善的保护功能，包括：过流保护、过载保护、短路保护；具有完善的运行功能，包括：低电压停机、运行参数实时显示和调节等；可对变频器进行在线检修和维护，包括：在线检测与诊断，定期检查与维护等。

3.2.2控制系统设计

控制系统应具备以下功能：（1）实现PLC的顺序控制，对不同的生产过程、不同的工艺参数等进行调节；（2）实现高压变频器与PLC的通讯，在PLC中设定变频器参数，并能通过PLC输出继电器控制变频器运行；（3）实现变频调速、位置检测、故障保护、系统运行状态监视、工艺参数记录等功能；（4）具备就地显示变频装置运行参数，就地操作控制变频器和PLC，具备电机转速、电流等工艺参数记录功能，方便查阅；（5）具备多种安全保护功能，如过载保护、过压保护、接地保护等；（6）具备故障报警及事故处理功能。

3.2.3系统集成

系统集成主要包括以下几个方面：（1）工控计算机与PLC之间的通信及计算机监控软件与PLC间的通讯，通过网络完成工控计算机与PLC之间的通信。（2）PLC与变频器之间的通讯，利用以太网完成变频器与PLC间的通讯。（3）变频器输出PWM信号给工控计算机，通过串行接口将PWM信号送至变频器的输入侧。（4）工控计算机上安装组态软件，进行人机界面设计，可实时显示生产过程数据、故障信息、生产状态等。（5）在控制柜中安装工控计算机及配套装置，实现控制、监控等功能，便于对生产过程进行远程监测和控制。

四、节能效果验证方法

4.1节能效果评估指标

（1）节电率：通过测试计算改造前后节电率。（2）设备效率：通过测试计算改造前后设备效率，同时考虑到变频器的损耗。通过以上几项指标，可以看出该变频调速节能系统的节电效果十分明显，达到了预期的目标。在今后的运行过程中，可以通过变频调速节能系统对其他电机进行变频改造，其节能效果也会非常明显。当然，在实际应用中，该变频调速节能系统也有一定的局限性，这是由于该系统仍然存在着一些技术问题导致的。

4.2实验方案设计

实验设备选用变频器和电压表，三相绕线式变压器和功率表。用1台变频器和1台电压表作为对比设备，另外2台相同型号的电压表作为参比设备。以某工程高压变频改造项目为例，在负荷工况下分别进行了不同负载、不同变频器和不同电压的单因素节能效果验证实验。实验过程中，每隔30 min记录一次电压、电流数据，并用数据分析软件计算出功率因数偏差、谐波含量、功率因数偏差比等指标，以评价不同变频器和电压条件下的节能效果。

4.3数据采集与分析方法

选择1台高压电机作为实验对象，对其进行变频调速改造。高压电机功率和电压为模拟量，控制变频器的输入电压为直流电压，输出频率为工频频率。在变频器正常工作时，在工频电源端测量输入电流、输入功率和输出功率；在变频调速状态下，在工频电源端测量输入电流、输出功率；通过测得的电压、功率及转速等数据，计算出电机的节电率。由于变频器采用了变频恒压供水技术，供水系统的变频调速节能效果将得到进一步验证。通过对1个月内10个不同时间段的实验数据进行整理、分析，能够比较全面地反映变频调速技术对高压电机节能改造效果的影响。

结语

随着我国经济的发展，对能源的需求也越来越大。因此，在工业领域中，节能降耗显得尤为重要。而在工业生产中，高压电机的主要作用就是将电能输送到设备中。而在高压电机运行过程中，其产生的高能耗问题一直困扰着人们。为了有效解决这一问题，可以对高压电机进行变频调速改造，从而达到节能降耗的目的。在实践中，通过对某一工业企业高压电机进行变频调速改造，并对其进行节能效果验证，可以看出其节能效果十分明显，达到了预期目标。因此，在今后的工作中，应继续加强对变频调速技术的研究与探索，从而进一步提高我国工业企业的经济效益。

参考文献：

[1]田伟.煤矿上仓皮带系统变频技术改造方案设计[J].大众科技,2012,14(09):80-81+73.

[2]赵东辉，王怀葆.火电厂循环水泵变频改造[C]//2025年北京电机工程学会年度论文集.内蒙古京隆发电有限责任公司;2025:105-118.

[3]石远江,冯立国.液力耦合器调速给水泵变频改造技术分析及应用[J].节能,2025,44(06):91-94.

[4]孔庆,张治国,马凤伟.煤矿联合泵房供水系统智能化升级改造[J].中国高新科技,2024,(18):16-17+25.

[5]姜旭东，李海鹏，侯君，等。6.6 kV轧钢用卧式变频调速同步电动机的改造[J].上海大中型电机,2024,(01):23-25.