变频驱动系统节能分析

摘要:目前，热衷于将感应电动机或永磁电动机与变频器组合成可变速控制系统，主要用于风机、水泵类负荷，以实现高效率化和节能。本文对有关变频驱动电动机节能的动向、节能的实例以及对已安装好电动机改用变频器驱动时的注意点予以介绍。

关键词:变频器电动机变频器驱动控制效率节能

中图分类号：TE08文献标识码： A

1前言

近年来，以减轻地球升温效应(削减coz排量)为代表的环境保护，以及应对石油等能源枯竭的各种措施，推动着全球规模的节能化发展，电动机变频器驱动的节能意向高涨。

在国内，伴随着《节能法》的制定及执行力度的强化，取得IS04001认证的工厂企业日益增加，能源使用合理化计划的推广等，节能的需求愈益提高。另方面，工厂中的用电量约

70%为电动机所消耗，因此，电动机的高效率化需求也不断提高。尤其是，以风机、水泵用途为中心，将变频器和电动机组合成可变速控制的变频器驱动系统正广泛普及。本文对

电动机高效率化技术的动向，电动机变频器驱动导致的节能化以及有关注意点予以阐述。

2节能原理

1变频节能；为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都包邮一定的富余量。点击不能在满负荷下运行，出大大动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。当电机转速从N1编导N2时，其电机轴功率P的变化关系如下；P2/P1=（N2/N1） 3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。

2动态调整节能；迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出效率运行。

3通过变频自身的V/F功能节电；在保证几点输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少几点的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。

4变频自带软启动节能；在几点全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收7倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流从0-电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

5提高功率因数节能；电动机由钉子转组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。采用变频节能调速器后，由于其性能已变为；AC-DC-AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了武功耗损。

3变频器原理

电动机旋转速度的定义如下:

N=(1-s)120f/p

P式中:。一电动机转速(rpm) ; f-频率(HZ) ; P一电动机

磁极数;:一感应电动机特有的转差率，表示比同步转速滞

后的比例，额定情况下:、0.05 0

由式(2)可知，改变电动机的转速n，可通过改变电动机

的磁极数P或改变频卿来实现。变频器则是可以任意调节其

输出电压频率，能使三相AC电动机在任意的速度下运转并

实现无级调速的一种装置。

图2所示为变频器的结构，变频器主要由将工频电源整流成直流的换流器和由直流逆变成任意频率交流的逆变器所组成。此外，换流器部分又是由三相全波整流的整流器、平稳脉动成分的平波电容器以及抑制平波电容器充电时涌人电流的控制回路等构成。将换流器部分变换的直流，在逆变器部分藉助脉宽调制(PWM)产生交流。看来，为改变电动机的转速，仅通过频率的改变较好，但电压仍保持恒定。

4节能应用与实践策略

变频器在冷水泵系统中应用时较为简便经济，例如应用于空调冷却水泵体系中，传统方式具有较人压力损耗，且运行效率较差倘若控制冷水泵运行转速并保持压力处于最钊状态便小会引发山于效率降低导致压力小良损耗现象，进而实现节能优化效果水泵应用阶段中相比于个量程，实际量程比率越低则节能效果越好，例如在百分之五十流量处采用变频器控制驱动冷水泵转速，相比于直接控制调节输出阀，其电动机的总体输出功率便可降低到半之多应用变频器进行电动驱动阶段中山于其涵盖高磁谐波，因此相比于工频电源驱动应注重电动机运行中的变频器浪涌电压与升温问题

4.1浪涌电压问题

变频器电源基于环流操作会引涌电压，并对线圈绝缘引发较人影响，因此应合理保证各线圈之间绝缘与绝缘强度相容性在变频器驱动运行冷水泵系统中，电动机般绝缘寿命为四万小时，使用时间依据天八小时计算，总体寿命人概为}{午}一频驱动原配置的电动机较多变频器没有采用浪涌电压保护，尤其在四百伏特级别的电动机更新为变频器驱动阶段时，会山于变频器浪涌电压引发绝缘劣化并导致烧毁因此在引入变频器进行驱动时，对是否需要进行电动机更换也应同步开展探讨

4.2升温问题

采用变频器驱动电动机阶段中基于高次谐波作用会增人损耗，电流则提升约百分之}，而温度则增加约百分之一}在电动机位于转r轴端装设了冷却风扇，并在低频运转阶段电动机具有较低转速，会令冷却效果显著下降般来讲电动机的冷却风量与升温形成的冷却效果呈现的关系为，当电动机具有相同损耗时，上升温度与转速呈反比例关系而当位于}一频之上进行高速运转阶段中，电动机则具有恒定功率输出特性，其电流伴随频率的提升而降低，并令冷却效果有所提高_因而升温问题小会}分显著

5节能实例

当控制已装设冷水泵的转速时，利用变频器的方法简单容易，且经济上有利。

作为具体的事例，建筑楼房空调用冷却水泵系统。藉改变热负荷来增减冷水的循环与此相应，对于压力的变化，只用输出阀来调压，因而压力损耗大，效率劣化。如采用对冷水泵转速的控制，保持最佳压力的话，则不会发生因效率下降导致的压力损耗，可达到节能的效果。该系统的组成结构如图3所示。输出水量为2500L/min以下时，由一台75kW电动机运转;超过这一水量时，用2台150kW电动机，其中常用1台运转，藉调正输出阀按照热负荷的变化，以增减冷水的循环。

4.结语

总之，为促进各项生产经营事业的持续、健康、高效、低耗发展，基于变频驱动电动机节能原理、优势，我们应科学探寻令电动机高效化运行、促进变频器驱动节能应用的科学策略，进而有效降低能源消耗，创设显著生产效益，并营造良好优质的生产运行环境，促进国民经济的快速发展与提升畴

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