变频器节能技术的工作原理及其应用分析

（文章来源：电子工程世界）

在产品的加工制造业以及工业生产中，泵类、风机等设备的应用范围越来越广泛，其在电能上的消耗以及挡板、阀门等一些设备的节流损失，还有对它们的日常的维修和维护的费用几乎占成本的20%，这是一笔不小的生产费用的开支，随着经济的发展，改革不断深入，市场竞争不断加剧，节能降耗也逐渐成为了提高产品质量和降低生产成本的一个重要手段。

变频技术使用的基本原理：在很长的一段时期内，电气设备所使用的交流电的频率都是维持在一个固定的状态，变频技术的运用就是使频率变成了一种可以随意的调节和利用的资源。现如今，变频技术中最活跃以及最快发展的就是变频的调速技术。

变频技术包括计算机技术、电力电子技术、点击传动技术，是一种综合性比较强的技术，结合了机械设备和强弱电。就是指在工频电流的信号转化成其他的频率，这种转化主要是通过半导体元件来完成的，之后再将交流电转化成为直流电，在逆变器对电流和电压进行调控的同时使机电设备达到无极调速的程度。

总而言之，变频技术就是通过电流改变频率来对电机的转速进行控制，从而使有效的控制电机设备，这些都是在电流频率与电机转速同比增长的基础上来完成的。变频技术的特点就是能够使电机平稳的运行，可以进行自动的加速和减速的控制，在能够提高工作效率的同时减小对于能源的消耗。

在变频器的日常运用中，主要是运用转矩直接控制和矢量控制的方式，在变频器的今后发展中人工神经网络以及模糊自优化的控制方式，而且，变频器通过不断地发展，其综合性会越来越高，在完成基本调速的功能基础上，还具有在内部设置的通信、可编程序以及参数辨识的功能。

根据流体力学，功率=压力*流量，流量和转速的一次方是成正比的，压力与转速的平方是成正比的，功率和转速的立方成正比，如果说水泵效率固定的话，当调节流量下降时，转速就会成比例下降，输出的功率也就成立方关系下降，所以说，水泵的转速与电机耗电功率是近似立方比关系。举个例子，一台功率是55kW的水泵电机，将它的转速调到原来转速的80%的时候，它的耗电量是28kW/h，省电率是48%。但是如果将转速调到原来的50%的时候，耗电量就变成了6千瓦每小时，省电率达到87%。

无功的功率不但会使设备发热，增加电线的磨损，最重要的一点就是功率因数降低导致了电网的有功功率也随之降低，所以，造成了大量无功电能在线路当中消耗掉，导致设备的使用效率降低，浪费现象非常严重，使用了变频调速设备装置之后，因为变频器内部的滤波电容作用，从而使无功损耗得到进一步减少，使电网有功功率得到增加。

由于电机是通过Y/D启动或者直接启动的方式进行的，启动的电流是额定电流的四到七倍，这样就会对供电电网和机电设备造成严重冲击，而且这样对电网的容量要求也是非常高的，在启动的时候会产生比较大的电流，而且在震动的时候对阀门和挡板的损害也是非常大的，对管路和设备的使用寿命也是非常不利的。变频装置的使用，利用变频器软启动的功能，使启动的电流从零开始，最大的值也不会超过额定电流，所以使其对电网的冲击以及对供电容量的要求也大大减轻了，使阀门和设备的使用寿命也大大延长了。

我们利用在160kW的循环水泵上安装变频调速器为例子，对变频节能设备进行改造，分别测试了改造前后的用电量，取得了非常满意的效果。在循环水泵的工作中，当流量由于工艺的需要而改变时，就要运用调节水泵出口和入口的开度方式来对水泵的实际流量进行改变，这种调节方式被称为节流调节，在本次举例中，出口和入口的阀门开度都是60%上下，从电能利用的方面来说，这是一种很不经济的调节方式。

在循环水泵的工作中，当流量由于工艺的需要而改变时，入口和出口的阀门都完全打开，运用对电动机转速进行调节的方式来寻找合适的、新的工作点，从而得到合适的流量。根据实际情况和现场的需要来实现手动控制或自动控制，在本例中，因为不需要频繁地对流量进行调整，所以根据现场的实际情况和需要，确定出电动机实际工作的频率是40Hz，并且采取了手动控制的方式，主要目的就是为了节约电能。

实现了完全意义的软启动，在电机进行启动的时候，转子的转速随着输入电源的频率增加而慢慢增加，使速度得到平稳提升，整个系统的启动时间设为20s左右，不会对系统造成冲击，比原来的启动方式更平稳。

电网所运用的电流也得到大幅度下降，使电气设备的使用更加安全，同时也因为频率降低后，电机的转速也随之降低，对机械的磨损也就减少了，也使发生故障的概率大大降低，减少了维修经费。使为水泵提供电能的变压器节约出了大部分的供电容量，单纯的有功负荷下降，节约出的容量大约是50千瓦，提高了设备的利用效率。电机功率的因数也相应得到提高，这样就使电机的运行更加经济。

变频技术的使用提高了产品质量，降低了能耗，节约了能源，也进一步提高了企业的经济效益，变频调速技术的应用就是要对这些设备进行改造，从而达到节约能源的作用。
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