我們日常生產(chǎn)和生活所使用的電源，是固定頻率（50Hz）的交流電。變頻技術(shù)，就是通過(guò)技術(shù)手段，來(lái)改變用電設備的供電頻率，進(jìn)而達到控制設備輸出功率的目的。變頻技術(shù)隨著(zhù)微電子學(xué)、電力電子、計算機和自動(dòng)控制理論等的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代,完全成熟的技術(shù)，也使其應用進(jìn)入了一個(gè)新的高潮。它是通過(guò)變頻調速改變軸輸出功率，達到減少輸入功率節省電能的目的。是感應式異步電動(dòng)機節能的重要技術(shù)手段之一。

    自1956年世界上第一個(gè)晶閘管誕生到現在歷時(shí)近半個(gè)世紀，隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻控制器從控制模塊、功率輸出和控制軟件都已完全成熟，在提高性能的同時(shí)，功能上也有較大的擴展，很多專(zhuān)用變頻設備附帶簡(jiǎn)易PLC功能，再加上產(chǎn)品價(jià)格的降低，為變頻器的應用打開(kāi)了廣闊的市場(chǎng)。

    對于異步電動(dòng)機通過(guò)調速達到節能目的方法很多，如：調壓調速,又稱(chēng)為滑差調速；變極對數調速和品閘管串極調速等等，根據不同的負載性質(zhì)，有針對性的選擇。在各種調速節能中，利用變頻調速，是異步電動(dòng)機調速效果z*好、z*成熟、z*有發(fā)展前途的節能技術(shù)。

    一、常用的變頻器分為低、中、高壓變頻器。

    1、低壓變頻器是指400V工控變頻器。電子技術(shù)中將交流變成直流稱(chēng)順變，也稱(chēng)整流。交流變直流的變頻器通常稱(chēng)整流器。將直流變?yōu)轭l率可調的交流電流就稱(chēng)逆變。把工頻電源（50Hz）交流變成任意頻率、任意電壓的逆變裝置稱(chēng)為變頻器。從其電路的結構上分為交―直―交和交―交變頻器。交―直―交變頻器按照交流電機電源電壓的控制方法的不同，分為電壓型和電流型兩種。

    改變變頻器的輸出電壓或輸出電流有二種不同的方法，即PAM脈沖幅值調制控制和PWM脈沖寬度調制控。

    PAM因為受晶閘管換流時(shí)間的限制不能工作在高頻下，PWM輸出脈沖的幅值恒定，通過(guò)控制逆變器輸出電壓的導通脈沖頻率和寬度來(lái)同時(shí)改變輸出頻率和電壓，運用晶體管、可關(guān)斷晶閘管具有高速開(kāi)關(guān)特性和自關(guān)斷特性，來(lái)做逆變器開(kāi)關(guān)元件，采用PWM方式變得更容易實(shí)現，為此大多數逆變器都采用PWM控制方式。

    2、中、高壓變頻器：所謂中高壓變頻器，指應用在600V以上的至10KV運轉調速設備上的變頻控制器。中壓有600V、1000V。3000V、6000V和10KV等屬于中高壓變頻器。因為其輸入輸出電壓等級較高，在結構上必需有整套高壓投入切換設備，采用功率單元串聯(lián)疊加的高壓輸出方式，借助計算機控制，經(jīng)高壓母線(xiàn)、斷路器移相變壓器、功率單元、控制器等組成完整的高壓變頻控制系統。

    交流變頻調速控制器是集電力電子、自動(dòng)控制、微電子學(xué)、電機學(xué)等各種技術(shù)于一身的高新技術(shù)，變頻的調速技術(shù)是現代IT產(chǎn)業(yè)尖端技術(shù)，涉及到光纖通訊、計算機、數據并行處理等是多種高新技術(shù)的結合，與傳統行業(yè)耗能大、應用z*廣泛的電力拖動(dòng)、風(fēng)機、水泵等多種行業(yè)應用異步電動(dòng)機的設備，進(jìn)行節能改造實(shí)現完美結合。

    二、變頻器控制對像：

    變頻器應用，可分為兩大類(lèi)：一種是用于傳動(dòng)調速，另一種是各種靜止電源（靜止電源暫且不講）。變頻傳動(dòng)調速，其應用目的就是通過(guò)對電機調速來(lái)達到節約能源?？刂茖ο缶褪窃趧?dòng)力設備上實(shí)現電―機轉換的電動(dòng)機。這是由感應式異步電動(dòng)機的性能和特征決定，其次是由于所帶的負載對電機調速的負荷適應性所決定。由電機轉速的數學(xué)公式我們知道，電機的實(shí)際轉速，主要取決于電機定子的旋轉磁場(chǎng)（n1=t*f/p）。對一個(gè)繞制好的電機，其旋轉磁場(chǎng)轉速完全取決供電頻率，t為時(shí)間常數，P為電機的極對數，n1正比電源頻率f，從電機的結構上我們看到定、轉子之間沒(méi)有任何電的連接，基于磁場(chǎng)感應和機械慣性，轉子的轉速和定子旋轉磁場(chǎng)的轉速總是不同步，差一個(gè)轉差數（一般為n1的1%――1.8%,）稱(chēng)為轉差率S，由此可見(jiàn)電機的轉速也正比于電源的頻率。n2=t*f(1-s)/p從異步電動(dòng)機變頻時(shí)機械特性曲線(xiàn)中，我們不難看出轉速的變化對電機的轉矩影響較小，對于傳動(dòng)機械功率要求完全可以滿(mǎn)足。變頻調速控制是在降低輸出頻率的同時(shí)輸出電壓也相應降低，轉矩正比輸出電壓。轉矩也會(huì )有些減少。這種純電氣調速系統是人為地改變電動(dòng)機的機械特性來(lái)獲得不同的轉速，直接與拖動(dòng)機械相連接不需原機械設備做任何調整，這對于節能改造成本，保持原有機械性能都大有好處。變頻傳動(dòng)調速的特點(diǎn)是：

    1、不用改動(dòng)原有設備包括電機本身；

    2、可實(shí)現無(wú)級調速，滿(mǎn)足傳動(dòng)機械要求；

    3、變頻器軟啟、軟停功能，可以避免啟動(dòng)電流沖擊對電網(wǎng)的不良影響，減少電源容量的同時(shí)還可以減少機械慣動(dòng)量，減少機械損耗；

    4、不受電源頻率的影響，可以開(kāi)環(huán)、閉環(huán)手動(dòng)/自動(dòng)控制；

    5、低速時(shí)，定轉矩輸出、低速過(guò)載能力較好；

    6、電機的功率因數隨轉速增高功率增大而提高。使用效果較好。

    三、風(fēng)機、水泵節能-----變頻控制

    機電設備配合設計原則：電機的z*大功率必須滿(mǎn)足負載下的機械功率和轉矩，對于不同的負載，z*大值并非時(shí)時(shí)刻刻都發(fā)生、負載的變化是非線(xiàn)性的，而電機的輸出功率卻是恒定的，這就意味著(zhù)在非z*大負載時(shí)電機輸出了相當一部分多余功率，電能也就白白浪費掉了。風(fēng)機、水泵類(lèi)就是較典型例子。

    風(fēng)機、水泵類(lèi)風(fēng)量和流量的控制在過(guò)去很少采用轉速控制方式，基本上都是由鼠籠型異步電動(dòng)機拖動(dòng)，進(jìn)行恒速運轉，當需要改變風(fēng)量或流量時(shí)，事實(shí)上都采用調節擋風(fēng)板或節流閥。這種控制雖然簡(jiǎn)單易行，能滿(mǎn)足流量要求，但對電機來(lái)講，從節省能源的角度來(lái)看是非常不經(jīng)濟的。生產(chǎn)中很容易檢測出來(lái)。

    這類(lèi)設備一般都是長(cháng)時(shí)間運行，甚至很久不停機。在實(shí)際檢測中發(fā)現，除在極短時(shí)間流量z*大值外，近90％時(shí)間運行在中等或較低負荷狀態(tài)，總用電量至少有40％以上被浪費掉。采用變頻調速控制，對風(fēng)機、水泵類(lèi)機械進(jìn)行轉速控制來(lái)調節流量的方法，對節約能源，提高經(jīng)濟效益具有非常重要意義。

    四、風(fēng)機、水泵的節能方法

    從流量控制原理上講，風(fēng)機、水泵的結構和工作原理基本相同.

    1、具體測試某工廠(chǎng)爐底風(fēng)機散熱控制系統，冶煉爐根據不同材料、需要不同的爐底冷卻溫度，設計滿(mǎn)足z*大冷卻風(fēng)量設計為四臺18.5KW4極葉輪式風(fēng)機，全功率運轉，但用z*大冷卻風(fēng)量的概率極低。冶煉常用幾種材料，四臺風(fēng)機對開(kāi)風(fēng)量過(guò)大；對開(kāi)兩臺時(shí)，達不到冷卻要求；對開(kāi)一對再側開(kāi)一臺，冷卻不均、無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求；原設

    計4臺對開(kāi)風(fēng)機靠調節擋風(fēng)板可滿(mǎn)足冷卻要求，但對電機來(lái)講，浪費電能。風(fēng)板全開(kāi)時(shí)，運行電流24A，全關(guān)閉時(shí)22A，輸入功率從17.0KW―18.5KW變化，節電率不足8％。針對這一特殊要求制定方案，對其中兩臺對開(kāi)電機進(jìn)行開(kāi)環(huán)變頻調速控制，配合兩臺全速風(fēng)機，即滿(mǎn)足不同材料的溫控要求，又能節約電能。按照這一方案進(jìn)行改造后，節電效果非常明顯。針對其中一種材料需固定頻率控制進(jìn)行冷卻,幾個(gè)月才換一次，設定頻率在25―35之間，完全滿(mǎn)足冷卻要求。工頻下運行時(shí)一臺18.5KW風(fēng)機（經(jīng)變頻器輸出），每小時(shí)耗電為11.9度/小時(shí)，日耗電量為：285.6度/24小時(shí)。在正常運行時(shí)根據不同材料的溫度要求，設定頻率分別為：25Hz、30Hz、35Hz、40Hz和45Hz。運行測定參數如下：

設定頻率（Hz） 運行電流(A) 負載率 輸入功率(Pin) 24小時(shí)耗電量 (KWh) 與工頻下輸入功率比較：節電率 25 8.0 0.25 1.03 24.72 (285.6-24.72)/285.6Ⅹ100%=91.34% 30 10.6 0.30 2.13 51.12 (285.6-51.12)/285.6 Ⅹ100%=82% 35 14.2 0.37 4.0 96.00 (285.6-96)/285.6Ⅹ100%=66.4% 40 17.4 0.40 6.4 153.60 (285.6-153.6)/285.6Ⅹ100%=46.22% 45   20.0 0.45 9.0 216.00 (285.6-216)/285.6Ⅹ100%=0.244% 50 24.0 0.55 11.9 285.60 (285.6-285.6)/285.6Ⅹ100%=0

    需要指出的是：變頻器當輸出頻率降低時(shí)，輸出電壓也相應降低，輸入功率明顯減少，對應頻率降低時(shí)電壓降低電機不會(huì )有溫升，若頻率不變時(shí)電壓降低至浮動(dòng)電壓下限值時(shí)，電機就會(huì )有溫升。

    2、水泵節電：同風(fēng)機原理很相近。以某酒店750TRT中央空調冷水機組水系統90KW冷凍泵和55KW冷卻泵為例：主機制冷是根據溫度的變化而工作，是非線(xiàn)性負荷，而水泵電機基本上是線(xiàn)性恒功率輸出。1臺55KW冷卻水泵靠調整閥門(mén)來(lái)改變流量，雖然能滿(mǎn)足主機運行要求，但對于電機來(lái)講節電意義不大，閥門(mén)的全開(kāi)和全閉，電流從107A―97A之間變化，平均節電不足7％。通過(guò)改造采用溫度控制為主，壓力控制為鋪進(jìn)行閉環(huán)變頻控制水泵電機，水泵電機平均節電率都在30％以上；90KW冷凍水泵電機靠調節閥門(mén)電流在163―148A之間變化，平均節電不足6％，經(jīng)閉環(huán)控制變頻調速改造后，節電率平均也在30％以上。為什么會(huì )有這么大節電空間呢，因為中央空調系統設計時(shí)的z*大容量是以人流、氣溫、空間散熱三項極限指標為依據計算的（即人流z*大、氣溫z*高、空間散熱z*差），平時(shí)出現這種情況的概率極低，從經(jīng)驗上講不到10%，空調系統大部分運行時(shí)間都在中、低負荷狀態(tài)，空調主機的負荷曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的，而水系統的水泵負荷是線(xiàn)性恒功率的，以滿(mǎn)足主機的z*大負荷為標準。這樣在主機非z*大負荷時(shí)水泵就必然存在著(zhù)電能浪費空間。通過(guò)變頻調速控制使水泵電機的負載曲線(xiàn)符合或接近空調主機的負載曲線(xiàn)。

    3、高壓變頻控制傳動(dòng)調速控制設備都是在3KV以上大容量電機，一般都在幾百KW到幾千KW，負載率大于0.5,節電效率較低壓變頻控制略低，在18―25%左右，電機容量大耗電也多，雖然節電率較低，但用電基數大，也是非?？捎^(guān)，高壓變頻設備技術(shù)復雜設備體積大，成本較高，操作必須專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，但整體效益還是很可觀(guān)的。