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    一、概述

    電機是一種應用量大、使用范圍廣的高耗能動力設備。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。

    由于異步電機結構簡單、制造方便、價格低廉、堅固耐用、運行可靠，可用于惡劣的環境等優點，在工農業生產中得到了廣泛的應用。特別是對各行各業的泵類和風機的拖動上非彼莫屬，因此，拖動泵類和風機的電機節能工作倍受重視。

    隨著科學技術的飛速發展，特別是電力電子技術、微電子技術、自動控制技術的高度發展和應用使變頻器的節能效果更為顯著。它不但能實現無級調速，而且在負載不同時，始終高效運行，有良好的動態特性，能實現高性能、高可靠性、高精度的自動控制。相對于其它調速方式（如：降壓調速、變極調速、滑差調速、交流串級調速等），變頻調速性能穩定、調速范圍廣、效率高，隨著現代控制理論和電力電子技術的發展，交流變頻調速技術日臻完善，它已成為交流電機調速的最新潮流。變頻調速裝置（變頻器）已在工業領域得到廣泛應用。

    使用變頻器調速信號傳遞快、控制系統時滯小、反應靈敏、調節系統控制精度高、使用方便、有利于提高產量、保證質量、降低生產成本，因而使用變頻器是廠、礦企業節能降耗的首選產品。

    變頻電機節電器是一種革命性的新一代電機專用控制產品，基于微處理器數字控制技術，通過其內置的專用節電優化控制軟件，動態調整電機運行工程中的電壓和電流，在不改變電機轉速的條件下，保證電機的輸出轉矩與負荷需求精確匹配，從而有效避免電機因出力過度造成的電能浪費。

    交流電動機是當前應用最廣泛的電機，約占各類電動機總數的85%，它具有結構簡單、價廉、不需維護等優點，但它的弱點是調速困難，因而在許多應用場合受到限制或借助機械方式來實現調速。

    變頻器就負載類型而言主要有兩方面的典型應用：1、恒轉矩應用；2、變轉矩應用。就應用的目的而言主要有：1、以改進工藝為主要目的，確保工藝過程中的最佳轉速、不同負載下的最佳轉速以及準確定位等。以其優良的調速性能，提高生產率、提高產品質量、提高舒適性，使設備合理化，適應或改善環境等。2、以節能為主要目的――以流量或壓力需要調節的風機、泵類機械的轉速控制來實現節能，改造效果非常顯著。

    二、 變頻調速的原理

    在企業所使用的耗電設備中風機、水泵、空壓機、液壓油泵、循環泵等電機類負載占絕大多數。由受到技術條件限制，這類負載的流量、壓力或風量控制系統幾乎全部是閥控系統，即電機由額定轉速驅動運轉，系統提供的流量、壓力或風量恒定，當設備工作需求發生變化時，由設在出口端的溢流、溢壓閥或比例調節來調節負載流量、壓力或風量、從而滿足設備工況變化的需要。而經溢流溢壓閥或比例調節閥溢流溢壓后，會釋放大量的能量，這部分耗散的能量實際上是電機從電網吸收能量中的一部分，造成了電能極大的浪費。從這類負載的工作特性可知，其電機功率與轉速立方成正比，而轉速又與頻率成正比。如果我們改變電機的工作方式，讓它不總是在額定工作頻率下運轉，而是改由變頻調整控制系統進行啟停控制和調整運行，則其轉速就可以在0~2900r/min的范圍內連續可調，即輸出的流量、壓力或風量也隨之可在0~100%范圍內連續可調，使之與負載的工作需要求精確匹配，從而達到節能降耗的目的。

    交流電機轉速如下：n=60f(1-s)/p

            式中：n=電機轉速

                  f=電源頻率

                  p=電機的極對數

                  s=轉差率

    由式可見，交流電動機的同步轉速n與電源頻率f成正比，所以改變電源頻率就能改變電機轉速，從而實現調速的目的。

    三、 變頻調速節電原理

    變頻調速節電，顧名思義，變頻調速才能節電。下面主要對兩類典型負載應用的節電原理作一下分析。

  （1）、恒轉矩負載類應用

   恒轉矩負載即不管轉速如何變化，負載轉矩是恒定的。

            如下公式：P=K*T*N

                      K=系數

                      P=軸功率

                      T=負載轉矩

                      N=轉速

    從上述公式可以看到，軸功率與電機的轉速成正比，當由于工藝的需要而調整電機速度時，自然可以達到相應比例節電的目的。

   （2）、變轉矩負載類應用

    離心風機、泵類是屬于典型的變轉矩負載，其工作特點是：大多數是長期連續運行，由于負載轉矩與轉速的平方成正比，所以一旦轉速超過額定轉速，就會造成電機的嚴重過載，因此風機、泵類一般不超過額定頻率運行。

    四、產品特性

    節電效益顯著，節電率高達20%~60%；

    平滑啟動，消除啟動時的沖擊電流，啟動時電機電流可限制在其額定電流的150%之內；

    減少電機發熱及運動部件的磨損程度，有效延長電機使用壽命，降低維修成本；

    微電腦智能控制，自動適應、自動跟隨，無需人工調整；

    市電及節電狀態自動轉換，故障自動報警，不影響正常工作。

    適用范圍：

    注塑機、空壓機、立窯風機、水泵等流量、壓力及風量需要調節的電流電動機；

    沖床、流水線、傳送帶、起重機等可以調節轉速的交流電動機；

    其他由于工藝需求需調節轉速的交流電動機。

    不改變電機轉速，完全不同于變頻器的新型節能裝置

    五、變頻調速在不同行業的典型應用對象

    變頻調速技術以其優異的調速性能、高效率、高可靠性在各行各業有著廣泛的應用，現舉例如下：

    冶金――軋鋼機、輥道、高爐風機、泵、起重機械、高爐送料、鋼廠拋光等。

    軋鋼制線――拉線機、卷繞機、鼓風機、泵、起重機械、定長剪切、自動送料

    鋼鐵――軋機、輥道、風機、泵、起重機、鋼包車、轉爐傾動等。

    電線業――拉絲機、卷繞機、鼓風機等。

    化工――擠壓機、膠片傳送帶、攪拌機、離心分離機、壓縮機、鼓風機、噴霧器、泵等。

    石油――輸油泵、電潛泵、注水泵、抽油機等。

    化纖和紡織――紡紗機、精紡機、織機、梳棉機、漿紗機、中央空調、鼓風機、泵類等。
 
    汽車制造業――傳送帶、搬運車、涂料攪拌、中央空調、電瓶車等。

    機床制造業――車床、龍門刨、銑床、磨床、機械加工中心、剃齒機等。

    電子制造業――中央空調、風機、泵、空壓機、注塑機、傳送帶等。

    造紙業――造紙機、造紙機械、風機、泵、粉碎機、攪拌機、鼓風機等。

    食品――制面機、制點心機、傳送帶、攪拌機等。

    煤氣、自來水――壓縮機、鼓風機、泵、搬運機等。

    水泥――回轉窯、起重機械、鼓風機、泵、主傳動電機、傳送帶、振動給料機、立窯風機等。

    礦業――泥漿泵、傳送帶、提升機、切削機、掘削機、起重機、鼓風機、泵、壓縮機等。

    交通――電動汽車、電力機車、船舶推進、裝卸機械、空壓機、電纜車等。

    裝卸搬運――自動倉庫、搬運車、粉體運送器、輸出傳送帶等。

    建筑――電梯、傳送帶、空調設備、鼓風機、泵等。

    塑膠――橡膠截斷機、注塑機、壓出機、塑料薄膜生產線等。

    生活、服務――空壓機、縫紉機、電風扇、工業及家庭用洗衣機等。

    物流――立體車庫、自動倉庫、傳送帶等。

    電力――鍋爐鼓用鼓風機、給水泵、離心混料機、傳送帶、揚水發電站、飛輪等。

    賓館酒店、大廈――中央空調系統、電梯等。

    農業――制茶機、水泵、離舍通風、糧庫通風等。

    試驗研究――電機對拖試驗實驗裝置、主軸實驗裝置、離心分離機等。

    六、關于變頻調速節電的幾點注意事項

    變頻調速節電，調速才能節電，如果一臺設備在實際應用的過程中根本都不需要或不能調速，裝了變頻器，不但達不到節電效果反而會增加能耗。現就離心風機、泵類負載作以下說明。

     風機、泵類采用變頻調速調節流量的方法，是一種有效且節能的方法，這已被許多工程實例所證明，也被普遍接受。然而需要說明的是，并不是任何風機、泵類負載使用變頻調速均可實現節能。一臺風機或泵能否節能，節能多少，變頻調速投資有沒有價值，這都與風機或泵組實際運行工況有關。由前所述，要實現變頻調速節能的必備條件是：在風機或泵的整個工作周期中，存在比較大的富裕流量。

    有些系統運行時負荷就比較滿，沒有多少溢流或放空的情況，此時采用變頻裝置就不僅達不到節能的目的，還會由于是變頻器的自身功率損耗而增添系統損耗。

    雖然風機，泵類是平方律負載，其軸功率與轉速的立方成正比，但在實際應用中并不是轉速越低系統就越節能。主要是因為風機或泵與電機連成一體，在低速區系統的效率會大大降低，所以在進行變頻調速范圍不宜太大，一般在額定轉速的50%以上。

    另外，不管采取何種調速方式，都要以滿足生產工藝要求為前提，特別是風機、泵類負載進行變頻調速時需要考慮系統對維持生產所需的最小揚程、壓力或流量的要求。

    七、 應用環境對變頻器的要求

    雖然變頻器有很多優點，但由于變頻器使用電力電子器件如：整流橋、GTR、IGBT、IGCT等，在運行時會產生高次諧波、電磁輻射、傳導、射頻發射等電力電子污染。隨著電力電子設備的大量應用，電力電子污染問題越來越大，如果不從根本上加以解決，必將造成諸如控制系統癱瘓、頻繁誤動作等不良后果。
    所以，對變頻器的應用也提出了必須滿足一些行業標準的要求。

    如對于是諧波污染問題有IEEE519-1992和國標GB加以規范。解決諧波污染問題的辦法主要有增加交流進線電抗器、采用多脈沖整流技術等。

    對于電磁輻射、傳導、射頻發射等電力電子污染有EMC標準EN61800-3加以規范。EMC產品標準EN61800-3定義了第一類和第二類環境的概念，第一類環境指的是民用建筑以及不

    經過變壓器而直接從民用設施上引出低壓供電電源的工業環境。第二類環境指的是不直接從民用設施引出低壓供電電源的工業環境。變頻器在第一類環境（如：機場、醫院、電視臺、廣播中心等）應用時，需要選用第一類環境EMC濾波器；變頻器在第二類環境應用時需要滿足二類環境EMC標準，變頻器需要采用EMC封裝技術或選配第二類環境EMC濾波器。

    八、 相應的節電率

    （1）、 以改進工藝為主要目的的，節電率只有0~30%。

    （2）、 以節能為主要目的的，節電率有20%~60%。
 
    九、控制方式

    一拖一或一拖多；以幾臺變頻器聯網控制。