变频器的应用与节能

    变频技术随着微电子学，电力电子技术、电子计算机、自动控制理论等的发展，已进入一个崭新的时代，其应用范围几乎扩大到各种用电场合和设备。其优越性不仅是节能，而且也是一种崭新的控制手段。它可改变原有的生产工艺更规范化，使各种工艺参数都处于最佳状态，对实现自动化，提高企业产品质量，生产效率，产品合格率，延长设备使用寿命，减少维修费用，都起着非常重要的作用。它广泛应用于工业，企业和民用建筑辅助设施等行业。

    一、变频器类别

    1、按变换的环节，可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器；交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

    2、按直流电源性质分类：

    A、电流变频器，特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。

    B、电压型变频器，其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。

    此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。

    二、变频器的应用实例

    变频器实际上是一种频率和电压可调的电源，因为它能非常方便，准确的调整和控制，所以它可以广泛地应用到各种交流电机拖动的设备，中频电源，逆变直流焊机及家电等行业，都具有十分明显的优越性能，产生巨大的经济效益。

    1、对于风机

    A、集中空调：在送风机上应用变频器可以根据大气温度的变化和房间人员变化自动调节送风量，既有很高的节电效果，又能使人感到舒适，使室内保持恒温。

    B、冷却塔风机：根据四季和昼夜温度变化，用温度传感器将冷水温度反馈给变频器，自动控制电机转速。

    C、锅炉引风、鼓风机、通常运行上限ECR100%点（发电机额定输出点），较远鼓风机标准（GBC）的风量小，一般标准是ECR100%≤80%×TBC。由于风量正此于转速，因此转速的上限也是80%，另外火力发电常常需要调整负荷，自天高峰期大都运行在80%（上限）的转速附近，夜间则多运行在很低的转速。低转速时间越长，节电效果越明显。

    2、对于水泵、油泵

    A、集中空调的冷水泵：用变频器控制冷水泵调节空调送风温度，在空调负荷小，可降低电机转速，达到节电的目的。

    B、冷冻柜的冷却水泵：冷却水泵采用变频器实现可变速的运行，即可将冷却水的温度控制在最佳状态，不但可以大幅度节电，而且可以延长冷冻机和冷却塔风机的寿命。

    C、化工厂排水泵，以前用调节阀来调速处理槽中的水位，排水泵经常处于节流下运行、浪费电，若在排水泵上采用变频器，利用水位传感器反馈信号，不但可以节电，而且操作方便可靠。

    D、城市中供水和高层建筑供水：城市自来水行业水泵采用变频调速是发展方向，已有不少单位在应用。

    高层建筑供水采用变频器，可取消高伴水箱，不但可节电，而且提高了供水质量（各楼层及不同供水时间水压均相等）避免了水箱二次污染。

    水泵的应用范围极广，只要使用节门调节或利用水泵数量调节水量，水位和水压使用水恒定的地方都可以采用变频器控制。

    3、对于生产线和各类机床

    如钢铁生产线、造纸胶片生产线、食品及饮料生产线等都需要调速，若采用变频调速都会带来良好的效果。如在糕点机上使用笼型电机和变频器配合不仅使设备小而且紧凑，并且维修简单，变频器内各种接口很高易与自动化代表结合，大大提高了自动化水平。变频器控制速度精确、灵活，对糕点的形状，加热均匀性等质量问题都得到了有效控制，可提高速度和生产效率。如在饮料生产线上，变极高速速柱塞泵是供给饮料的关键设备之一，它的工作状态直接影响响到包装饮料的质量和产量。过去常因柱塞泵侧的食用橡胶的磨损影响密封性能，使产品质量和产量受到影响。又如在各类机床中，过去大多数用齿轮传动和离合器操作，并在工和中多次调速或在正反转中工作。这种作法，会产生冲击电流，而且无法产生精细的恒线速度，机械设备磨损严重，而且需要定期更换离合器等部件，我们采用了变频器调速后，即克服了上述种种弊病。

    下面以JBS-P中央空调恒压变频循环水系统进一步剖析其优越性。

    目前，我国一些上档次，上规模的科研楼、办公楼及教学楼、宾馆饭店等都需要中央空调调节温度。过去中央空调常采用风机盘管组件工作方式。这种方式在机组统一制作冷、热水，然后通过冷热水泵加压，再通过管道将它们送到各房间，和用装设在房间内冷热水--空气热交换器（也称风机盘管组件）进行空调。和风机盘管组件根据房间使用状态和室温单独进行运行/停止。因此，往组件送水的冷热水循环泵，其送水量与组件的运转台数成正比便增减。运转台数根据时间会有大的变动，所以使冷热水循环泵的流量随组件运转台数而改变，只有这样才可使运转台数少时循环水系统的运转效率提高。

    冷热水循环泵的送水量改变，以往都是通过调节泵的出口阀开度来解决，这样做不但控制效果差，而且浪费大量电能。JBS-P中央空调恒压变频循环水控制系统是利用先进的计算机技术，交流电机变频调速技术对中央空调冷热水循环水控制系统进行技术改造，通过调节泵拖动电机的转速，达到均匀调节循环泵流量，又大幅度节电的目的，使中央空调冷热水循环系统具有高效、节能、自动等特点。

    其主要原因

    1、改变泵类工作转速、流量调节质量最高

    泵类是典型的流体输送设备。工艺过程又常需要对输送的流体流量进行调节，从泵的特性曲线知道，调节流量最理想的方法就是改变拖动电机的转速，因为泵类其输送的流量是和泵的工作转速成正比。换句话说，改变泵类工作转速、流量调节质量最高。

    2、改变泵类工作转速、节电显著

    由流体力学可推导出拖动电机输出的轴功率和电机的转速立方成正比。因此通过改变电机转速，不但可以改变泵类等输送设备的流体输送量，而且可大幅度的节约能源。

    例如：有一台100KW循环水泵其流量由40-100%变化过程中其节能效果为：

    流量百分比 采用出口阀门控制时功率

    100%         100KW

    80%         100KW

    60%         90KW

    40%         85KW 　

    流量百分比 使用变频调速时功率 节电效果

    100KW    

    80%         51.2KW        48.8%

    60%        21.6KW        68.4%

    40%        6.4KW        78.6%

    显然用改变拖动电机转速的方法是最理想的选择，虽然一次性投资费用较多，但除利用设备折旧方式回收外，利用节省的电费一般数月就可以收回投资。仍以100KW，循环泵为例：设每天24小时，其中有12小时工作于80%流量，一年工作按330天计算，每度电平均按0.6元计算，一年节约的电费为：

    电机功率：100KW

    ⑴用档板调节电费：100KW*12*330*0.6=237600元/年

    ⑵用电机调速电费：51.2KW*12*330*0.6=121651.2元/年

    此外，由于电机转速降低，风机等运转设备磨损减少，二次维修费用会相应降低。