[行业技术文章]变频调速器与节约能源、环境保护

[摘要]本文综述交流电念头变频调速技术对节能、环保、制造（产和提升）、交通牵引及家用电器的重年夜进献。

1、变频调速

交流电念头，非凡是笼型异步电念头，具有体积小、重轻、结构简单、维护利便、制造成本和运行费用低、能在恶劣情况下靠得住运行等一系列点。可是曩昔由于实现调速坚苦或某些调速方式低效不够理想，是以，持久以来在调速的领域仍被直流调速占领，交流电念头的点在调速传动中未能获得阐扬。直到上世纪七十年月初，随着电力电子、微电子（集成电路）和微机技术的飞速成长，人们持久渴想的变频调速器实现了工化生产。

1.1所谓变频调速器——它将三相工频（50Hz）交流电源（或肆意电源）变换成三相电压可调、频率可调的交流电源，有时又将变频调速器称为变压变频装配VVVF。主要用于交流电念头（异步机或同步机）转速的调理。

1.2一个交流电念头变频调速系统由变频调速器驱动器交流电念头和控制器三年夜部门组成。其中要害焦点装备是变频调速器，由它来实现电念头电压和频率的平滑变化。

1.3变频调速在调频范围、静态精度、动态品、系统效率、完善的庇护功能、轻易实现自动控制和进程控制等诸方面是以往的调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速和液力耦合器调速等没法对比的。

它是公认的交流电念头理想有前途的调速方案，代表从此电气传动的成长标的目的。

1.4近三十多年来变频调速已在钢铁、冶金、石油、化工、纺织、化纤、轻工、造纸、橡胶、塑料、电力、水务等行中获得普遍运用。低压电念头变频调速运用已很是普及和成熟。高压电念头变频调速也正在被人们关注和慢慢运用。交流电念头变频调速除有卓着的调速性能之外，还有显著的勤俭电能和庇护情况等重年夜作用，是企技术改造和产物更新换代的理想调速装配。

2、变频调速与风机水泵节能

2.1电力供授与需求矛盾（求过于供）存在较年夜电力缺口，需要节电。

凭据有关部门统计，2002年我国发电装机容319亿kW，年发电13466亿kWH。虽然电力规模列第二位，但人均用电却为倒数位置。况且我国经济快速成长需求更多的电力。若按国平易近经济增加8要求电力增加11计较，到2010年我国发电容应为5.7~6.0亿kW，年发电达28000~29000亿kWH。2003年夏日延续高温造成部门省市电力供给严重，被迫接纳拉闸限电措施。由于电力网负担太重，造成局部电力系统不稳定现象。

以上说明，我国电力供需不服衡，供小于求。是以，需要勤俭用电。

2.2风机水泵变频调速节能效益

2.2.1我国电念头总装机容达4.5亿kW，约消耗全国65发电。是以若何实现电念头节电就很是重要。一般机电节能有二个途径：一是提高机电自己效率到达持久高效运行，主要用于恒速机械；另外一个是提高机电转速的控制精度，使机电在节能的转速下运行。

2.2.2风机水泵和压缩机是国平易近经济生产中年夜面广的电念头驱动装备，总机电容达1.5亿，用电占全国发电的35左右，其中约20~30风机水泵·中国建材网-建材一点通·排名三甲，傲视同需要调速。

2.2.3变频调速是风机水泵节能的好方案。凭据流体理论，离心式风机水泵的轴功率是转速的三次方函数关系。当转速下降后，其消耗功率会年夜幅下降，例如50转速时，轴机械功率仅为12.5。固然分歧，调速方案的效率相差很年夜，滑差后液力调速装配效率不高，η≈（1-S），在50转速时，ηvs≈50，而变频调速器效率，效率因数高，ηvvvF≈95~98，而且近似不变。所以在诸多调速方案中变频调速节能效益好，理应为方案。

[举例]统一风机水泵，100转速流时，轴功率为100；50转速流时，轴功率降为50。

若采用挡板，阀门控制到50流，仍需从电网吸进70-80的功率；若采用滑差低效调速到50，则需从电网吸进≈25的功率；若采用变频高效调速到50流，仅需从电网吸进10功率。

2.2.4风机水泵调理流方式多种多样，各有特点，但回纳起来可分为三年夜类型：

（1）传统的机械方式调理风机的挡板，导流器和水泵的阀门开启度；

（2）采用电磁转差离合器或液力耦合器调理风机水泵的转速（而电念头恒速运转）；

（3）交流电念头变频调速方案。

2.2.5现今更应当在年夜容高压电念头驱动的风机水泵和压缩机上推行运用高压变频调速节能。理由很简单，在节电率百分比不异的情况下装机容愈年夜，其尽对节电也愈年夜。

3．变频调速与情况庇护：

3.1电念头驱动是电能消耗的年夜户，在中国占全数用电的60以上。过度的电力消耗使得煤炭和石油（自然气）燃料枯竭，同时由于CO2和NO2的年夜排放，造成污染情况，破坏臭氧层，影响甚至危及人类的糊口生涯。

人类不竭地从对糊口生涯情况的破坏和对能源资本的浪费进程中接受了惨重的教训，因而庇护人类糊口生涯情况成为人平易近配合的呼声，掀起了削减勤俭能源和情况庇护，造福于社会的浪潮。1972年，瑞典斯德哥尔摩届人类情况宣言和1994年日本京都协议，划定所有签约国应使其国家的CO2及其它发生温室效应的有害气体排放控制在1990年的水平。充实说明情况庇护的重要性和人平易近的关注。

3.2据估，电气产物对情况污染的影响约占30左右，是以节省电能，削减浪费便成为实行京都协议许诺的重要身分，变频调速和变频技术能阐扬些什么作用和进献呢？

(1)推行风机水泵变频调速节能技术可到达20~30的节电率，这样可以少建火电厂，少发电，即少排放SO2、SO、CO2及灰尘，削减年夜气情况污染；

(2)牵引变频机车运用，不用燃煤和烧油，削减排放污染；

(3)成长城市轨道交通（地铁和磁悬浮列车）和燃料电池汽车，削减CO2排放。

(4)提倡采用电动自行车（无刷直流机电、自制式变频调速），停用燃油助动车等。

４．变频调速与制造生产：

4．1变频调速可提高产

交流电念头设计在气隙磁通近似不变的条件下，机电答理超速5－10％持久运行（20％短时实验）。例如，某些国家机电可以在50/60Hz下持久运行（固然应保证V／F＝Cont），只要机电轴承能够承受，提高5－10％转速是可行的。我公司某化纤厂连系变频调速改造，适当提高变频器的输出频率，已带来可观的增产效果。

（２）变频调速可提高产物

变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等点，对于化纤纺丝机、纺织印染联合机、造纸机和注塑机等多单元同步传动或比例同步（牵伸）传动很是适用，既有之前直流机传动的性能，又有交流机坚忍、靠得住、维护简单的特点，使得产物的有较年夜的提升。自动化水平提高，减轻工人劳动强度。

（3）变频调速与某些非凡加工装备

由于变频技术前进，变频调速更适合用于恶劣情况（爆炸、侵蚀、水下核辐射等）无升速齿轮的甚高速或无降速齿轮的甚低速，和切确位置控制（变频伺服系统，步进系统，机械手和机械人）系统。

5、变频调速与软起动、软起动、软遏制

5.1电力网和生产工艺需要机电软起动、软遏制

5.1.1交流电念头的起动电流通常是5-7倍额定电流，假设直接起动会对电网引发冲击，影响统一电网上其他电气装备的正常运行。另外庞大的起动电流对电念头和机械装备也会造成严重的电磁应力和机械应力，缩短装备的使用寿命，是以电力系统希看能够软起动（非凡是高压年夜容电念头）。

5.1.2某些加工机械，例如自动流水生产线（瓶、罐包装线，输送机等），要求平稳起动和停车以免相互碰撞倒歪；水泵为了避免水锤、喘振现象，也希看软起动和软遏制（好是“泵控特征”用的软起动和软遏制）。

5.2变频器用作软起动器的特点

分歧于电子固态电念头软起动器，由于变频器起动时，电念头的电压和频率同时改变，可以维持电念头的磁通不变（电子式软起动器只变压不变频，故机电在削弱磁通下起动），是以变频器软起动具有更年夜的起动力矩。很是适适用于重负载、年夜惯性的装备，例如：高炉风机等。这类场所电子式电念头软起动器性能没法对比或基本不能胜任的变频器既可软起动又可调速，运用前景十分看好。今朝因价格身分尚不能普遍推行，除非个体的重载起动和年夜惯起动场所外，变频器不单作软起动器来使用。也许若干年后，待变频器进一步降价会普遍地运用。

6、变频调速（含变频器技术与家用电器）

在普通家庭中，耗电比重年夜的是空调器，其次是电热用具，后是照明和视听电器等，变频调速（含变频技术）也能阐扬勤俭电能和庇护情况的作用。

6.1变频空调器——由于设置装备摆设了变频器（有常规的它制式变频器和自制式变频器，即直流无刷电念头调速两种），不停压缩性能够接连控制压缩机的制冷，实现有用的运转，有益于节能。另外，变频空调器的快速性和舒适感很是好，也有益于环保。

6.2高频电磁灶和电饭煲——哄骗变频技术发生（20-30）KHZ高频电源使电饭煲自己电磁感应（IH-Inductionheating）加热方式，其烹饪热效率达80左右（比早先的电阻加热器的电饭煲效率提高30），有益于节能。

6.3变频式照明装备——哄骗变频技术发生（20-70）KHZ高频电源给日光灯，可节省15电功率，同时可做到立即点亮，没有工频日光灯的内烁，适于工作或学习，也有益于环保。

6.4其他家用电器例如变频冰箱，变频洗衣机、变频微波炉等也已相继泛起。

[结语]：

据统计，2000年中国变频器市场销售额年夜约30亿人平易近币（60运用于风机水泵节能），仅占需求的15左右，是以变频器市场很是看好，从此成长趋向年夜致为：主控一体化、装配小型化、绿色电源（EMC电器兼容）环保化、装备装配用化和系统化。此外，成本低价化利于进一步推行运用。