變頻調速在電機節(jié)能中所發(fā)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(yè)生產(chǎn)中據(jù)統(tǒng)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(yè)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(tǒng)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(jié)能潛力，推行電機節(jié)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(guī)律均勻布置著三組繞組，接通三相電源時定子繞組中產(chǎn)生旋轉磁場，磁場切割轉子導條，導條中產(chǎn)生感應電動勢，在感應電動勢的作用下，閉合導條中就會產(chǎn)生感應電流，旋轉磁極的磁場對該電流作用，產(chǎn)生電磁力，轉子便產(chǎn)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(fā)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(wěn)，可靠，結構簡單，結實耐用，便于制造，價格低廉等優(yōu)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(chǎn)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(xù)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(jié)電動機轉差率s和磁極對數(shù)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(jié)轉差率調速

1)給異步電動機轉子引入其他電動勢來調節(jié)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(lián)電阻來調節(jié)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(fā)生了變化，從而使電動機轉子轉矩發(fā)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(fā)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(shù)調速

磁極對數(shù)的改變直接使電動機的轉速發(fā)生改變，但電動機的磁極對數(shù)只能是正整數(shù)，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(fā)生改變。由上述都可以使電動機的轉速發(fā)生改變，轉差率調速一般會有效率低、發(fā)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(xiàn)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(shù)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(jié)啟動電流，啟動轉矩等，減少對電網(wǎng)的沖擊，能量的浪費。

4)控制方式多樣。

①U/f控制，在實現(xiàn)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(fā)揮轉矩的能力，補償電壓的大小可調節(jié)，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(tài)響應。

4 變頻器調速的經(jīng)濟效益

我國經(jīng)濟持續(xù)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(yè)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(chǎn)總值已達到182321億元，經(jīng)濟總量已達到22 500億美元(按匯率)，占世界第四位，國內生產(chǎn)總值、工業(yè)增加值、固定資產(chǎn)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(tǒng)后，節(jié)能效果使經(jīng)濟效益得到全面提高。

4.1 故障率的減少提高經(jīng)濟效益

在直流系統(tǒng)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(jīng)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(wěn)，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(wǎng)中，水泵直接控制而導致水錘效應減少水泵和管網(wǎng)的壽命，變頻的恒壓控制使壓力變化平穩(wěn)而提高壽命。

4.3 質量的提升提高的經(jīng)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(jié)能是我國的基本國策其中之一。經(jīng)濟的發(fā)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(fā)展，普及應用大約10年的時間，在這期間，變頻調速在節(jié)能中發(fā)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(jié)能貫穿于以后的經(jīng)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。