變頻調速在電機節能中所發揮的作用

電動機是一種將電能轉化成機械能的設備，應用量多、使用范圍廣的高耗能動力設備。在工業生產中據統計，我國的總裝機容量約為4億千瓦，年耗電量約為6000億kwh，約占工業用電的70%—80%。我國以中小型電機為主，約占80%，而中小型電機耗損的電量卻占總損耗量的90%。電機在我國的實際應用中，同國外相比差距很大，機組效率為75%，比國外低10%;系統運行效率為30%—40%，比國際先進水平低20%—30%。因此在我國中小型電機具有極大的節能潛力，推行電機節能勢在必行。

1 電動機的工作原理

三相異步電動機定子鐵芯上按一定的規律均勻布置著三組繞組，接通三相電源時定子繞組中產生旋轉磁場，磁場切割轉子導條，導條中產生感應電動勢，在感應電動勢的作用下，閉合導條中就會產生感應電流，旋轉磁極的磁場對該電流作用，產生電磁力，轉子便產生電磁轉矩，順著旋轉磁極方向轉動起來。當轉子速度和旋轉磁場速度相同時，導條不發生相對切割，而沒有力的作用，導致永遠趕不上旋轉磁場速度而叫異步電動機。三相異步電動機運行平穩，可靠，結構簡單，結實耐用，便于制造，價格低廉等優點使之廣泛應用于各個領域。

單相異步電機一般有兩副或四副繞組，通過電容移相，把相位相差90°，從而產生脈動磁場，使電動機轉子旋轉起來，但與同容量的三相電動機相比較，體積較大，運行性能差，效率低。因此，只制造成小功率系列。

2 變頻調速的工作原理

變頻器是將固定頻率的交流電變換成頻率連續可調的交流電，由三相交流電動機轉速公式n=(1-s)60f/p可知，調節電動機轉差率s和磁極對數p和改變頻率f，一個量或者多個量變化時，電動機轉速也隨之變化。

2.1 調節轉差率調速

1)給異步電動機轉子引入其他電動勢來調節異步電動機的轉速稱為串級調速，引入電動勢的方向與轉子電動勢不同或相同，但頻率相同，通過改變引入電動勢的大小可改變異步電動機的轉速。2)給繞線異步電動機的轉子串聯電阻來調節異步電動機的轉速，引入電阻越大，轉速越低。上述兩種方法沒有改變同步轉速，只改變轉差率，原因在轉子回路的電流發生了變化，從而使電動機轉子轉矩發生改變而引起電動機轉速的變化。3)給電動機的電源電壓發生改變，同步轉速沒有改變，但電動機轉矩因電壓的降低而降低，使得電動機轉速而降低。

2.2 改變磁極對數調速

磁極對數的改變直接使電動機的轉速發生改變，但電動機的磁極對數只能是正整數，所以不能無級調速。

2.3 改變頻率調速

通過改變電動機電源的頻率使電動機的轉速發生改變。由上述都可以使電動機的轉速發生改變，轉差率調速一般會有效率低、發熱、平滑性差等缺點，而變頻調速恰好可以改變這些，使得電動機效率高、性能好、無級變速等。

3 變頻調速的特點

1)保護功能完善。具有過載、過流、過電壓和欠電壓等功能，在這些保護中，保證負載在正常情況下避免出現故障而引起的電能浪費。

2)控制功能簡單。具有面板、外部兩方面整體控制，正反轉、多段速、外部信號給定等，使其操作簡單，效率提升。

3)參數設置多樣化。加減速、制動、頻率跳變、程序運行等，從根本上調節啟動電流，啟動轉矩等，減少對電網的沖擊，能量的浪費。

4)控制方式多樣。

①U/f控制，在實現調頻的同時改變電壓，這樣，在不損壞電動機的情況下，利用鐵芯發揮轉矩的能力，補償電壓的大小可調節，便可應用于不同負載。②矢量控制，該控制使電動機有很硬的機械特性，有很好的動態響應。

4 變頻器調速的經濟效益

我國經濟持續高速增長了25年。黨的十六大提出2020年全面建成小康社會的目標，要求GDP年均增長7.2%，這在世界工業化國家中是前所未有的，是人類歷史上空前的社會實踐。2005年，國內生產總值已達到182321億元，經濟總量已達到22 500億美元(按匯率)，占世界第四位，國內生產總值、工業增加值、固定資產投資都在高速增長，但在增長的同時也要減少損失，通過變頻調速系統后，節能效果使經濟效益得到全面提高。

4.1 故障率的減少提高經濟效益

在直流系統中，調速性能好，但故障多。1)每次在加工中零件的損失。2)修理過程中耽擱的時間造成的損失。3)本身修理的損失等。

4.2 設備壽命的延長提高經濟效益

1)有些設備全速運行時阻矩大，摩損嚴重，使用變頻調速后，運行平穩，磨損大大減少，壽命延長。2)在電動機直接啟動和停止過程中，設備沖擊大而使壽命減少，變頻調速后啟動停止過程得到改善而使壽命延長。3)在水力管網中，水泵直接控制而導致水錘效應減少水泵和管網的壽命，變頻的恒壓控制使壓力變化平穩而提高壽命。

4.3 質量的提升提高的經濟效益

1)變頻器無極調速能使質量提升。2)接受反饋能使質量提升。3)檢測的準確是質量提升。

節能是我國的基本國策其中之一。經濟的發展離不開能源，能源的緊缺是世界性問題。

近20年來變頻調速的發展，普及應用大約10年的時間，在這期間，變頻調速在節能中發揮著重要的作用，已成為交流電動機調速必不可少的控制方式，所以節能貫穿于以后的經濟生活當中，如軋鋼、紡織、空調、洗衣機等，在各個領域都得到廣泛應用。