最新面世的交流同步電動機可工作在70 kV的輸入電壓下，并能夠與電力工業輸電線路直接連接，從而在降低能源損耗的同時帶來其他益處。
　　設想一下，如果電動機可以與電網配電線直接相連，那么就可以極大地節約能源、降低熱耗和功耗，并且無需安裝成本高昂的、需要日常維護的變壓器和相關配電設備。更高的輸出電壓還意味著在相同的輸出功率下輸出電流更小。

　　你也許會說，這種電動機遙不可及？實際上，已有一家制造商生產出該類電動機，并成功地將兩臺該類設備部署在惡劣的工業環境下。同時，其他電動機制造商也在考慮推出其高壓產品。
　　早前，ABB Automation Technologies AB (瑞典)公司開發出一款可以產生高壓并能向電網直接輸電的發電機，在此基礎上，ABB公司又推出一款新型的甚高壓（VHV）交流同步電動機，可工作在20~70 kV的輸入電壓范圍內。ABB公司的甚高壓“Motorformer”電動機具有變壓器和電動機的雙重功能，并消除了安裝中間變壓器的需要。該設計適用于四極和六極電機。未做速度調節時，在50/60 Hz工頻下，四極電機的同步轉速可達1500/1800 rpm。（現在，ABB公司已將自己的Powerformer發電機技術授權給Alstom公司。Alstom已安裝了數套該發電機設備。）
　　Motorformer電動機首先被用來驅動位于瑞典西海岸的某空氣分離裝置的一臺壓縮機。據ABB公司介紹，該同步電機輸出的有功功率達6.5 MW，與42kV母線直接連接，可為工廠節約能耗達25％。該甚高壓電機自2001年投入運行以來，沒有報告發生過一起意外停機事故。

　　挪威的Statoil公司在其位于北海的“Troll A”油氣開采平臺上安裝了兩套Motorformer電動機。這兩套電動機被用于一個壓縮機模塊，其輸出功率為40 MW，供電電壓為56 kV。此次應用還包括了對電動機的變速控制。這兩套電動機計劃在2004年秋冬季進行試車，并預計于2005年下半年投入生產。當前，ABB公司的甚高壓電動機在市場上獨一無二，還未有其他同類產品面世。包括ABB在內的很多制造商可以生產大型的常規交流電機（同步電機和感應電機），但這些產品的輸入電壓最高只有15 kV。
　　同步電機，而非感應電機
　　Motorformer電動機的發展方向趨向于同步電機而非感應電機。因為相較于感應電機，同步電機具有以下優勢：功率等級更高（同步電機的輸出功率可大于100 MW，而感應電機只有20 MW）；效率更高；氣隙更寬，便于設計；具有控制無功功率的能力。ABB公司的交流電動機業務拓展經理Johannes Ahlinder指出：“感應電機總是消耗無功功率。”對于在一個工作周期中有大量的大型電動機起動的主要工業地區，控制無功功率是穩定和保護該地區電網的重要議題。
　　令人驚訝的是，Motorformer的設計是基于傳統的同步電動機技術。其中包括業已成熟的電動機部件，如相同的凸極轉子和傳統的軸承（見剖面圖）。據Ahlinder介紹，這種方法為Motorformer的設計提供了大量可供借鑒的經驗，并提高了對產品可靠性的信心。Motorformer的突破之處在于其定子的設計。

　　繞組設計是關鍵
　　ABB公司在其Motorformer電動機的定子繞組和定子鐵心槽中采用了獨一無二的設計，并在電纜設計中進行了大量的分析、仿真和測試，其中包括電磁場有限元分析、熱模擬和計算流體動力學建模。然而，用來確定定子鐵心磁通密度的法則與常規電動機是一樣的，這就限制了產品開發中的不確定性。
　　Ahlinder指出，在常規電動機中采用的絕緣系統有一個15kV的電壓極限，借助特殊的設計技術后，該電壓極限可延伸至22~25 kV。他說：“若想超過這一極限，就不可能用傳統的技術來設計定子繞組。Motorformer的電纜采用圓柱形設計，可產生均一的電場強度，相較于傳統的矩形繞組，它可有效地提高電壓等級。”傳統的繞組形狀將導致不均勻的電場分布，例如，在高壓下，電場將集中分布在導體邊角處。
　　該圓柱形電纜具有交聯聚乙烯（XLPE）絕緣材料的固體電介質層，但沒有使用金屬屏蔽。目前，定子可承受70 kV的電源電壓，根據需要，電纜設計可逐漸達到150 kV的極限。Ahlinder表示：“從經濟的角度來說，電壓低端約在20 kV左右，這由負載的情況決定。”
　　Motorformer的物理尺寸取決于輸出功率，甚至連電動機軸中心高度這樣的參數也取決于實際應用情況。雖然Motorformer的整機體積要大于具有相同額定功率的常規電動機，但一個甚高壓系統（電動機和斷路器）的總安裝空間要小于一個帶有變壓器和相關設備的常規系統。

　　設計挑戰
　　大型高壓電動機的起動會消耗大量能量，并會對電網和附近用電設備的供電電源帶來短暫干擾。ABB公司已成功地開發出一種延遲起動技術，用來避免供電中斷。該技術使用電抗器將起動時間延長了20秒，并增加電容以鞏固起動期間的電網。
　　為了滿足XLPE絕緣包層、線繞式定子的溫度限制，該高壓電動機需要采用合理的冷卻方式——低功率時采用空冷卻方式，高功率時采用水冷卻方式。Motorformer的定子構造配備了以上兩種冷卻方式。
　　ABB公司認為高壓電動機幾乎不存在任何應用局限。Ahlinder說：“任何局限都與常規產品的發展相聯系，例如，轉子的設計。”然而，電纜溫度仍然被視為一個限制因素，特別是在高熱環境中而且水冷方式不可行的情況下。
　　CONTROL ENGINEERING曾向幾家主要的電動機制造商征詢過他們對高壓電動機的看法。大多數廠商沒有回音，有一家雖然回信說曾經調研過高壓電動機技術，但最終確定其并非“未來業務的可行之選”。TECO-Westinghouse 公司和Emerson Motor Technologies公司反饋了一些有價值的觀點，詳情請瀏覽www.manufacturing.net/ctl/article/CA478480。

　　應用前景
　　據Ahlinder介紹，高壓電動機目前主要應用在海上采油工業中，該產業的一大趨勢是用電子驅動器取代氣渦輪機傳動設備。其應用領域包括海上壓縮機驅動和浮式生產儲油系統（FPSO）等海上發電站中所使用的發電機組。這些類似船舶的發電系統在與適當的輸電系統連接后，可為周圍的海上采油平臺供電。
　　Ahlinder說：“從更廣的角度看，高壓電動機技術適用于當前傳統型同步電動機所應用的任何領域，包括泵用電動機，制漿造紙中使用的精煉機電機，以及在空氣分離、風扇、擠壓機和氣/蒸汽渦輪驅動發電機中用來拖動壓縮機的電動機。”
　　當然，高壓電動機也不是萬能的，但其應用前景將越發廣闊。提高電纜繞組溫度等級的相關技術正在不斷進步。Ahlinder解釋說：“在Statoil公司的Troll 油氣田項目中，甚高壓電動機需經可變速驅動控制，而高壓電動機技術直接導致了新解決方案的產生。”
　　當前，ABB公司扮演了先驅者的角色，全力支持和推動這一令人振奮的新技術。高壓電動機在北美地區的實際應用以及其他制造商推出類似產品似乎已為期不遠。
更多相關信息：請訪問下列網站：
　　www.abb.com/motors&drives
　　http://www.powerconv.alstom.com/
　　http://www.tecowestinghouse.com/
　　http://www.emersonmotors.com/


　　“高壓”有多高？
　　你也許會說，沒什么比定義電動機的電壓范圍更簡單的了。然而實際上，電動機的高壓范圍還未有一個統一的定義。
　　對于不同的用戶，高壓有不同的定義，這取決于行業、地理位置、應用環境、標準制定組織和協會等諸多因素。例如，至少有一家制造商將自己的100~240 V交流電動機稱為“高壓電動機”。這也許是出于安全考慮，為了符合歐盟低壓規定（Low-Voltage Directive）中設定的75V閾值。類似地，一些伺服電機供應商也驕傲地宣稱自己的460 V產品是“高壓設備”。
　　在美國，國家電氣規程（National Electric Code）將6001V以上的電壓劃定為高壓，601V至6000V定義為中壓。歐洲采用不同的標準。美國電子和電氣工程師協會在IEEE Std. 100標準中將電力系統中的高壓范圍定義在100kV至230kV之間，大于230 kV定義為超高壓（EHV）。IEEE Std. 100標準還定義了輸電線的相關電壓范圍。
　　高壓在電力傳輸和連接線路領域也有應用，相關電壓范圍超過500 kV，最近甚至上升到765 kV。同時，特高壓（UHV）輸電線已被用于1.1 MV電力傳輸中。
　　ABB公司將輸入電壓為20~70 kV的Motorformer產品確定為甚高壓（VHV）電動機，這符合本文對甚高壓的定義。