大功率風機水泵調速節能運行的技術經濟分析（4）

摘要：指出了發電廠風機水泵調速運行的必要性和巨大的節能潛力；討論了各種調速方式的優缺點，并作出了詳細的技術經濟分析。
關鍵詞：風機；水泵；液力耦合器；變頻調速；串級調速；無刷雙饋電機

4.3繞線式電動機的串級調速
繞線式電動機的串級調速，雖然也是通過改變異步電動機的轉差率來達到調速目的的，但它與能耗轉差調速不同，關鍵的差別在于對轉差功率的處理上。能耗轉差調速是將調速中產生的轉差功率變成熱能消耗掉，而串級調速卻是通過交－直－交變頻器和變壓器，將轉差功率反饋回電網，因此是一種高效的調速方式。
4.3.1普通串級調速
從電機學原理可知，為了實現繞線式異步電動機的轉速調節，除了采用在轉子回路中串電阻的方式外，還可采用在轉子回路中串電勢的方法。這種在轉子回路引入附加電勢進行調速的方法，稱為繞線式異步電動機的串級調速。
串級調速的關鍵是串入到轉子回路的電勢Ef的頻率必須與轉子電勢頻率f2相等，但f2是隨著轉速的變化而變化的，即f2是由旋轉磁場轉速n0（對應f1）和轉子轉速n決定的，即

式中：p——磁極對數；
s——轉差率。
但要串入一個永遠跟隨著轉速的變化而變化的電勢Ef是相當困難的。解決的辦法是先把轉子電勢整流成直流電勢Ed，再在此直流電路中串入一與Ef相當的可調節的直流電勢，就可避免隨時改變Ef頻率的困難了。具體地實現串級調速有下述三種方式：
1）由一臺直流電動機與主繞線式異步電動機組成的串級調速系統，這種系統叫機械串級調速系統或叫克萊墨系統。
2）由一臺直流電動機、一臺交流發電機與主繞線式異步電動機組成的串級調速系統，這種系統叫電機式串級調速系統或謝菲爾畢斯系統。
3）由變頻器與繞線式異步電動機組成的串級調速系統，這種系統叫晶閘管串級調速系統或靜止謝菲爾畢斯系統。
上述第一種及第二種串級調速方式過去早有應用。第三種晶閘管串級調速是一種新的串級調節方式，它在目前應用最廣泛，已有取代第一、二種串級調速的趨勢。
與轉子串電阻方式相比較，轉子串電勢的優越性是可以回收轉差功率，僅晶閘管等換流器件產生一些不大的損耗，所以繞線式異步電動機的串級調速是一種高效調速方式。
晶閘管串級調速系統又可分為低（次）同步串級調速系統和超同步串級調速系統兩種。當串接到繞線式異步電動機轉子上的附加電勢Ef與轉子電勢SE20反向時，電動機的轉速只能朝電動機額定轉速以下的方向調節，運行轉速恒低于電動機的同步轉速，稱為低（次）同步串級調速。當Ef與SE20既可同向串接，又可反向串接時，電動機的轉速既可高于又可低于電動機的同步轉速，稱為超同步串級調速，或稱為雙饋調速。
圖19所示為低同步串級調速系統的原理圖。其工作原理為：繞線式異步電動機的轉差電勢E2（SE20）經三相整流為直流電勢Ed，再經電抗器L濾波后，加到三相逆變橋。由晶閘管組成的三相有源逆變橋的作用有兩個：一是從電網為轉子回路提供附加直流電勢Eβ，它與外串附加交流電勢Ef相當，因是低同步串級調速，所以它的方向與轉子直流電勢Ed相反；二是把直流電再逆變為與電網同步的三相交流電，從而把轉差功率Ps通過逆變變壓器T匹配成電網電壓，送回電網。

圖20為超同步晶閘管串級調速系統的原理圖。它與低同步串級調速系統的主要區別是把由二極管組成的整流橋改為由晶閘管組成的可控整流橋，這樣它既可作整流橋用，又可以作為逆變橋使用。當超同步串級調速系統在低同步范圍調速時，可控整流橋作用與不可控整流橋完全相同，而在超同步范圍內調速時，原來的逆變橋成為整流橋，它通過變壓器從電網吸收交流能量，并將其整流為直流電；而原可控整流橋則成為逆變橋，它把直流電變為頻率與轉子頻率相同的交流電。這樣，超同步串級調速系統其定子繞組由工頻電源供電；而轉子繞組則由變頻電源供電，通過調節轉子變頻電源的頻率就可以進行轉速調節。顯然，繞線式異步電動機的變頻調速方式與鼠籠式異步電動機的變頻調速方式不同，后者僅由定子側供電，而前者是由定子側和轉子側雙向供電。因此，超同步串級調速系統又稱雙饋電動機調速系統。

低同步晶閘管串級調速方式用于泵或風機調速時，其主要優點為：
1）晶閘管串級調速是一種高效調速方式。一般而言，晶閘管串級調速系統的總效率（即電動機和調速裝置的綜合效率ηZ）應高于鼠籠式電動機及變頻裝置的綜合效率ηZ。這是因為晶閘管串級調速系統中，只有轉差功率經過變頻器；而鼠籠式電動機變頻調速時，其由電網輸入的全部有功功率都要通過變頻器。所以從通過變頻器的功率損失（稱為換流損失）來看，顯然晶閘管串級調速系統要小得多。圖14為典型晶閘管串級調速系統的ηZ及cosφ值，ηZ定義為

式中：PB指電網凈輸出，不包括輸入后又輸出的轉差功率。
2）晶閘管串級調速系統具有在發生故障或其它原因時自動切換至額定轉速或轉子串電阻調速的功能。故當串級調速裝置有故障時，泵與風機仍可以繼續工作。此外，由于晶閘管串級調速裝置的硅二極管、電抗器、晶閘管、變壓器等元器件要產生電壓降，故串級調速系統的最高轉速只能達到原電動機額定轉速的95％左右，因此，若要電動機在原額定轉速運行，亦需把串級調速系統從“調速狀態”切換到異步狀態。
3）調速裝置由靜止元器件組成，噪聲小，易于維護，壽命長；當泵或風機的調速范圍較小時，調速裝置的容量可大大減小，價格也相應降低。
晶閘管串級調速系統存在的主要問題是：
1）晶閘管串級調速系統的總功率因數低。如圖21所示，在100％額定轉速下運行時，系統總功率因數cosφ還不到0.6；在50％額定轉速運行時還不到0.3。造成系統總功率因數低的主要原因是串級調速系統中的晶閘管逆變器在工作時需要吸收無功功率。另外還有兩個原因是系統中轉子整流器的作用，使電動機本身的運轉功率因數變差；系統中電動機和逆變變壓器的電流波形發生畸變，其電流中的高次諧波分量引起的畸變功率，使系統的總功率因數變差。后兩個原因所造成的系統總功率因數降低約10％左右。

2）產生的高次諧波對電網有污染。在晶閘管串級調速系統中，電動機轉子回路串接的硅二極管整流器和晶閘管逆變橋，使每相正弦電流畸變而包含著一定分量的高次諧波。高次諧波電流不只對串級調速系統本身產生不良影響，更重要的是對整個供電系統的污染，使電網的電流波形產生畸變。諧波不僅增大電網及串調系統的損耗，降低電網及串調系統的功率因數，而且還使感應電動機的定子損耗與轉子損耗增加；使電源變壓器損耗增加，噪聲增大；可能引起母線與補償電容器和線路上的感抗元件發生共振，而使電容器過熱;可能導致并聯工作的晶閘管變流裝置相互干擾而控制失調；給測試裝置和通訊設備帶來電磁干擾。
提高功率因數的措施：
1）具有斬波環節的晶閘管串級調速系統。所謂帶斬波器的串級調速系統，就是在傳統的串級調速系統轉子回路的二極管整流橋與晶閘管逆變橋電路之間并聯接入一個斬波器，如圖22所示。系統運行時，逆變器的超前角β固定在最小安全超前角βmin不變，通過調節斬波器的占空比實現調速。因cosβmin值較大，逆變器從電網需要的無功功率減小，故使系統的功率因數提高，在高轉速運行時比一般串級調速系統高0.2～0.3。目前上海電器成套廠生產的帶斬波器的晶閘管串級調速系統的容量已達550kW。

斬波器通常由普通晶閘管構成。若采用可關斷晶閘管（GTO）或電力晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等全控型電力開關器件，則其控制線路可大為簡化。
2）對串級調速系統中逆變器的電力半導體開關器件用全控型開關器件（如GTR、GTO、IGBT等）取代普通的晶閘管，由于GTR、GTO、IGBT等具有自關斷能力，且開關頻率高，因此逆變器可作成PWM型，輸出的電壓或電流為近似正弦波形，不但高次諧波量少，而且有高的功率因數。
雙饋調速系統與（低同步）串級調速系統相比，具有如下特點：
1）雙饋調速系統不但可以在同步轉速以下調速，還可以在同步轉速以上調速；而且在同步轉速上、下，既可以電動運行，又可以制動運行。而晶閘管串調系統只能在同步轉速以下調速，沒有制動轉矩。
由于雙饋調速可以在同步轉速以上調速，所以只要電動機有足夠的機械強度，便可以發出比額定功率大的功率。這對于火力發電廠的鍋爐給水泵等這類大容量、高轉速泵具有很大意義，因為這些泵的轉速比電動機的同步轉速高，而使用雙饋調速系統不用增速齒輪就可達到。
2）雙饋調速系統的功率因數比串級調速系統高，且高次諧波對電網的干擾較小。
3）雙饋調速系統的線路比串級調速系統復雜，初投資也高，維護較困難，要求工人具有較高的文化技術水平。
雙饋調速系統和串級調速系統是不需要調節全部傳動功率的電氣傳動系統，因此，經變頻裝置的功率僅僅是傳動功率的一部分（轉差功率），這部分功率的大小和調速范圍成正比例。這種調速方式最適用于調速范圍不大的場合。另外，因只需對傳動功率的一部分進行變頻，所以能量變換裝置中的能量損失較小。在各種可調速的電氣傳動方式中，雙饋調速和串級調速的效率是最高的。
其次，雙饋調速系統和串級調速系統都具有較高的可靠性，即使在變頻裝置發生故障時，仍可將電動機的轉子短接使其工作在不調速狀態。對于火電廠的鍋爐給水泵、鍋爐送、引風機以及核電站的循環泵等可靠性要求高的重要設備來說，這個優點是很重要的。
4.3.2內反饋串級調速電機
作為近代交流調速技術的重要分支，晶閘管串級調速曾獲得普遍的重視和廣泛的應用。但是隨著近年來變頻調速技術的迅速崛起，串級調速受到了很大的沖擊。除了理論上的誤導作用之外，串級調速技術在理論深入和技術改進方面存在的不足也是主要原因之一。
內反饋串級調速電機就是旨在克服傳統的晶閘管串級調速系統的缺點而提出的新型附加電勢調速方案。圖23為內反饋串級調速系統的原理簡圖。

內反饋串級調速電機的調速原理仍屬于繞線式異步電動機轉子回路串附加電勢進行調速的理論范疇，但該附加電勢不是通過與電網聯接的逆變變壓器提供，而是通過安裝在定子上的調節繞組從主繞組感應過來的電勢所提供的，再通過變流裝置將該電勢串入電機的轉子繞組，改變其串入電勢的大小即可實現調速的目的。同時調節繞組吸收轉子的轉差功率，并通過與轉子旋轉磁場相互作用產生正向的拖動轉矩，這就使電機從電網吸收的有功功率減少，主繞組的有功電流隨轉速正比變化，達到調速節能的目的。
與傳統串級調速的區別在于內反饋調速的轉差功率不是饋入電網，而是反饋回電機內部。轉差功率的這種內饋的結果，使調速產生的轉差功率仍以電能的形式存在而沒有被消耗，從而提高了調速效率；另一方面，通過電機的磁勢平衡使定子繞組向電網吸收的功率減小，定子功率繞組中不再含有多余的轉差功率，克服了傳統串調系統轉差功率在定子－轉子－電網間的無謂循環傳輸現象。
為了實現上述功能，內反饋調速電動機本體，除了具有和常規電機相同的定、轉子繞組外，還在定子上設有特殊的調節繞組。調節繞組的作用是為轉子繞組提供調速所必須的附加電勢，并接收轉子在調速時產生的轉差功率，調節繞組的這一作用，類似于傳統串級調速系統中的逆變變壓器，但內反饋調速是在電機內部的電磁系統中完成的轉差功率轉移，而傳統串級調速則是在兩個不同的電磁系統中實現轉差功率的傳輸。不但在結構上，前者比后者簡單，而且使電機調速的功率傳輸性能更為合理。
與傳統串級調速一樣，為了克服功率因數比較低的缺點，在轉子直流電路增加了直流斬波器，轉子整流器通過斬波器與逆變器相連，組成斬波式逆變器。斬波式內反饋串級調速系統的調速是通過改變斬波器的占空比來實現的，因此逆變器的超前角β可取為最小值βmin，且固定不變，故可使無功損耗減小到最低程度，從而提高了系統的功率因數，同時也避免了因調速深度而帶來的功率因數進一步降低的現象。圖24為斬波式串級調速系統的原理簡圖。

為了進一步提高內反饋串級調速電機的功率因數，還可以采用內補償措施。改善功率因數的關鍵，在于使調節繞組的無功功率呈容性，這一方面可以通過超前換流的電子變流器來實現，也可通過內補償方法來實現。內補償是一種簡單、可靠的改善功率因數、降低無功損耗的方法，其線路圖如圖25所示。
在調節繞組接入補償電容器，為了抑制諧波電流，串入阻尼電抗器L2。這樣，調節繞組除了反饋電流I31以外，還產生容性電流I3C，總的電流為：=＋。將補償的感性無功分量，使呈純電阻性質，或者偏容性，因此實質性地改善了電機的功率因數。內補償的最終目的是為了避免調節繞組感性電流引起的原邊激磁電流的增大，為此，要求與的感性無功分量完全相等而抵消，這種補償稱為準補償。準補償對電機系統的功率因數并未起到補償作用，但由于它使Q3=0，因此并不增加電機功率繞組的激磁功率及損耗，而且調節繞組的功率因數接近于1，使其損耗最小。

如果調節繞組容量允許的話，最好使Q3<0而呈容性，這對于調節繞組來說是過補償，過補償的結果使得功率繞組的激磁電流減小，一方面可使電機的功率因數提高，同時又可以減小電機的發熱與損耗。如進一步使：
Q1＋Q2－Q3=0
Q3=Q1＋Q2

的話，則可使電機的功率因數達到1。
需要說明的是，內補償與電機電源端的外補償具有很大區別，外補償只能改善電源的功率因數，而對電機內部的感性無功問題絲毫無補，這是必須引起注意的。內補償除了對調速狀態有所改善之外，在自然運行時，也能收到較好的效果，它使電機的功率因數進一步提高，并使輸入電流降低，這對6～10kV的高壓電機具有重要的意義。
由于內反饋調速電機取消了逆變變壓器，增加了調節繞組，不僅縮小了體積，降低了系統造價和損耗，還可通過調節繞組的分布與短距作用使空間諧波得到有效的抑制，即使不加濾波裝置，也能滿足電網要求。
4.4無刷雙饋變頻調速電機
由于高壓變頻器昂貴的價格和復雜的控制系統阻礙了它的推廣應用，于是人們就努力尋找一種能夠降低調速系統成本的實施方案。國外有人率先在HUNT電機的基礎上提出了無刷雙饋變頻調速電機的設想，通過對樣機的試驗得到了令人滿意的結果。無刷雙饋變頻調速電機與轉子接串調或雙饋調速裝置的繞線式電機相似，可以用較小容量的變頻器對較大功率的電機進行調速控制，特別適合于大功率的風機和水泵類負載的調速節能應用，具有低投入、高回報的特點，是一種很有希望的中、高壓電機節能調速方案。
4.4.1無刷雙饋電機原理
無刷雙饋電機是一種具有繞線式異步電機特性，但無電刷及滑環的電機。其原型機實際上是一種雙電機的級聯系統，即兩臺繞線式電動機的轉子共軸，兩轉子繞組相互聯接，第一臺電機的定子繞組接電網，輸入功率，通過轉子傳給第二臺電機的定子繞組。第二臺電機的定子繞組稱為控制繞組，相當于普通繞線式電機的轉子繞組，接串調或雙饋裝置，實現調速。電機原理示于圖26。

近年來在該原型電機的基礎上研制出的改進型無刷雙饋電機只有一個定子，一個籠形轉子，一套公共磁路，定子中有兩套不同極對數的繞組，一組稱功率繞組，接三相電網，另一組稱控制繞組，接變頻裝置。這種電機的原理示于圖27。在兩種繞組極對數確定的情況下，通過改變控制繞組變頻器的輸出頻率即可實現電機的無級調速，調速的范圍與極對數和二套電源的輸出頻率有關，具體的轉速表達式為：

式中：p——功率繞組磁極對數；
fp——電源頻率；
q——控制繞組磁極對數；
fq——變頻器輸出頻率。
從式中可見，根據電源旋轉磁場與變頻器輸出的磁場方向的異同（相序不同）可實現雙向調速，擴大了調速范圍，降低了變頻器的容量。從式中還可看出，由于電源頻率是固定的（50Hz），只要變頻器的輸出頻率一定，電機的轉速就可以完全確定，調速精度很高。
4.4.2無刷雙饋電機的特點
1）特殊的籠形轉子無刷雙饋電機的轉子為單層多路籠型轉子，如圖28所示，導條數n=p＋q，其余槽中安排短路繞組。

2）功率分配功率繞組與控制繞組的功率分配符合如下關系：

???
4）兩繞組極數之間應滿足如下的關系：
p≠q；p－q>1；q/p應盡量小；p/q的最簡分式中分子分母最好是一奇一偶。
綜合以上各種因素可以發現，無刷雙饋電機定子繞組的極數配合問題是錯蹤復雜的，具體的選擇要根據實際要求來定。
如果將變頻器用于極數較小的控制繞組一側，不僅可以實現電機轉速的平滑調節，更重要的是大大降低了變頻器的容量，同時也降低了對功率器件的耐壓要求，因為對于一臺6kV的無刷雙饋電機來說，即使進行0～100％調速時，其控制繞組的電壓也不超過2kV，一般進行±25％～±50％調速,則控制繞組的電壓應低于1000V，可采用低壓功率器件組成變頻器，大大降低了成本，提高了可靠性。另外，還由于變頻器接在控制繞組一側，對電網的諧波污染要小得多。
4.4.3無刷雙饋變頻調速電機設計原則
由以上分析可見，無刷雙饋電機也有其局限性，在設計時應根據具體要求綜合考慮。
1）無刷雙饋電機的同步轉速最高為1000r/min，此時取P=2，q=1
2）為減小變頻器的容量，及減小損耗，q/p的值應盡量小，對于600r/min同步速的電機，若選p=4、q=1時，變頻器容量僅為電機容量的20％；而選p=3、q=2時，則為電機容量的40％。
3）調速范圍越大，控制繞組電壓就越高，要求變頻器功率器件的耐壓越高。好在電廠風機，水泵的調速范圍有限，這應不成問題。
4）設計實例：將一臺200MW機組引風機電機（PN=1600kW、6kV、980r/min)改成無刷雙饋變頻調速電機。
設計同步轉速為1000r/min，則由n=，取p=2、q=1
變頻器容量PN×110％=580kW
調速范圍500～1500r/min，變頻器輸出頻率為0～±25Hz，控制繞組電壓為690V左右，額定電流250A，可用耐壓為1700V，電流為800A的IGBT功率器件組成。
5）投資核算：1600kW/6kV電機約￥25萬元，改為無刷雙饋電機，約￥40萬元，30％電機容量的變頻器（含輸入變壓器及起動裝置）約￥45萬元，共計￥85萬元/套；若用高壓變頻裝置，約需要￥250萬元，約為無刷雙饋變頻調速電機的三倍。
綜上所述，無刷雙饋電機的調速范圍為500～1500r/min為宜，這樣的電機造價要比普通電機高50％左右，電機造價的增加可以從調速裝置（變頻器）的節約中得到補償。轉速越低，二者差值越小。若轉速再高，無刷雙饋電機將增大許多，制造也較困難，不一定合算。
4.4.4無刷雙饋電機的優缺點
無刷雙饋變頻調速系統與其他交流調速系統相比，具有以下突出的優點：
1）通過變頻器的功率僅占電機總功率的一小部分，可以大大降低變頻器的容量，同時大大降低變頻器功率器件的耐壓要求，從而大大降低了調速系統的成本；
2）功率因數可調，可以提高調速系統的力能指標；
3）取消了電刷和滑環結構，大大提高了系統運行的可靠性；
4）即使在變頻器發生故障的情況下，電機仍然可以運行于感應電動機的狀態下，保證拖動設備的正常工作；
5）電機的轉速僅與功率繞組和控制繞組的極數、頻率及相序有關，而與負載轉矩無關，因此電機具有硬的機械特性（同步機特性），并且轉速的控制十分精確。
其不足是：起動特性較差，要借助感應起動器起動，適用于不是頻繁起動的場合。
由上面的分析可知，無刷雙饋變頻調速電機與普通籠型電機加高壓變頻器或繞線式電機串級調速或雙饋調速系統相比，有明顯的優越性，它合理地將變頻技術和電機本身的結構改造相結合，充實了電機調速的內涵，是集電機設計與制造技術、電力電子技術、計算機控制技術為大成的機電一體化的高技術產物；它既解決了高壓變頻調速系統的高成本，又避免了繞線式電機的有刷調速，是很有發展前途的交流調速方案。
4．5無換向器電動機
4.5.1無換向器電動機的工作原理
無換向器電動機是指由變頻器、同步電動機、轉子位置檢測器（測頻器）組成的可變速電動機，又稱為晶閘管電動機或無整流子電動機。無換向器電動機的變頻器與鼠籠式異步電動機變頻調速時用的變頻器相似，亦分為交－直－交變頻器和交－交變頻器兩類。采用交－直－交變頻器時，稱為直流無換向器電動機；采用交－交變頻器時，稱為交流無換向器電動機。目前，用于泵與風機調速節能的多為直流無換向器電動機，故下面所講述的無換向器電動機均是指直流無換向器電動機而言。
如圖29所示，無換向器電動機的工作原理和運行特性與具有三個換向片的直流電動機相似，這是由于同步電動機與反裝式的直流電動機相似；變頻器的逆變器相當于直流電動機換向片（整流子），其作用是使電流換向；轉子位置檢測器相當于直流電動機的電刷，其作用是把旋轉電路和靜止電路相連，起檢測轉子位置的作用。因無換向器電動機運行特性與直流電動機相似，又用逆變器和轉子位置檢測器取代了在工作中容易產生火花的換向器（換向片和電刷），故無換向器電動機也稱為無整流子電動機、晶閘管電動機。
上面所述的反裝式直流電動機是指其磁極與電樞繞組的安裝位置正好與直流電動機相反。反裝式直流電動機（同步電動機）的磁極安裝在轉子上，電樞繞組裝在定子上；而直流電動機的磁極安裝在定子上，電樞繞組裝在轉子上。
轉子位置檢測器與電動機同軸相連。它的任務是控制逆變器中晶閘管隨著轉子位置的變化而按一定順序導通。圖29(b)所示為光電變換器式轉子位置檢測器，其原理是：當其中間具有兩個缺口的腰鼓形光電變換器鋁板的缺口部分經過設定的三個光源之一時，轉子位置檢測器就發出脈沖信號，觸發逆變器中某晶閘管導通；當此鋁板的非缺口部分經過光源時，光線被擋住，就沒有信號。這樣，轉子位置檢測器就根據轉速，并經觸發電路使逆變器的晶閘管按一定順序輪流導通，即把由整流器輸入的直流電逆變為頻率可調的三相交流電，供給同步電動機。
無換向器電動機的轉速控制多采用改變晶閘管整流器的導通滯后控制角α實現的。由圖29(b)所示，改變轉速是通過改變給定電壓Ug的大小，就可改變導通滯后控制角α及整流器的輸出直流電壓Ed的大小，從而改變無換向器電動機的轉速。這是因為改變控制角α后，即改變直流電壓Ug的大小，可得出無換向器電動機的一組互相平行的機械特性曲線，如圖30所示。若把葉片式泵與風機的轉矩－轉速特性曲線按相同比例尺作在其上，則其與無換向器電動機機械特性曲線（轉矩－轉速特性曲線）的交點即為工作點（運行工況點）。由圖可見，泵或風機的轉速隨著直流電壓值Ug的減小而減小。
4.5.2無換向器電動機的主要優缺點
無換向器電動機的主要優點是：
1）調速特性好從圖30所示無換向器電動機的機械特性曲線（轉矩－轉速特性曲線）可以看出，當改變整流器輸出的直流電壓Ud時，可得出一組互相平行的機械特性曲線，它們與直流電動機的機械特性曲線很相似，機械特性硬（即轉速對轉矩的變化率小），有較寬的調速范圍，在開環控制時可達10∶1（即50～5Hz）到20∶1（即50～2.5Hz）。
2）效率高圖31為典型無換向器電動機的調速效率ηv、電動機及調速裝置的綜合效率及ηz及電源功率因數cosφ的實測示例。從圖可見，其在寬的轉速范圍內均具有高的ηv值。
3）單機容量大與直流電動機相比，無換向器電動機沒有換向器的電刷，因此，它既不會在工作中產生火花，可適用于惡劣環境和易燃易爆場合；又易于實現高電壓、大容量、高轉速，如目前無換向器電動機的容量已達50MW、轉速達6000r/min、電壓達10kV。
4）控制線路比較簡單與鼠籠式電動機的變頻調速相比，無換向器電動機的控制線路比較簡單，這主要表現在換流線路上。所謂換流，就是指變頻器中把欲觸發的晶閘管導通以及把先前已導通的晶閘管關斷這一過程。鼠籠式電動機變頻調速時，為實現其逆變器晶閘管的關斷，需設置復雜的強迫換流電路。而無換向器電動機可采用較簡單的反電勢換流電路。這是由于無換向器電動機為同步電動機，其轉子上裝有勵磁繞組，當對其通過直流電時，將形成磁場，這個勵磁磁場將感應產生電勢，這如同直流電機電樞中的反電勢一樣。利用這一反電勢換流時，可省去強迫換流電路所必需的換流晶閘管、電容器、電抗器等輔助設備，大大簡化了控制線路，并提高了其運行效率。反電勢換流又稱為自然換流或反電勢自然換流。
無換向器電動機的不足之處是：
1）電動機在啟動或低速運行時（小于額定轉速的5％～10％），因反電勢小，不能進行反電勢換流。常采用斷續電流換流法（斷流法）。斷續電流換流法常采用的操作過程是：當變頻器的逆變器某一晶閘管需要關斷時，把變頻器的整流器由整流狀態（控制角α<90°）運行轉為逆變狀態（控制角α>90°）運行。這時由于整流器電壓極性反了，使供給變頻器的逆變器的電流強迫降為零，從而使逆變器的所有晶閘管都截止；然后給應該導通的晶閘管加上脈沖，待重新供電時，逆變器也就完成了換流過程。當電動機在采用斷續電流換流法啟動或低速運行時，電動機產生的轉矩脈動要比正常運行時大得多。此外，采用斷續電流換流法時需要增加一些換流控制電路。
2）由于無換向器電動機采用反電勢換流，故其過載能力較低。解決過載能力低的有效措施是：隨著負載大小的變化，實現無換向器電動機勵磁電流和給定換流超前角γ0的自動調節。γ0是指無換向器電動機在空載時，電機相電流I和空載電勢E0之間的夾角。
3）大型的變頻裝置及其控制系統需占用較大空間。如一臺容量為6000kW、2300V的裝置，需要2.4m×3.6m×13.5m的安裝空間。