变频调速在电机节能中所发挥的作用

电动机是一种将电能转化成机械能的设备，应用量多、使用范围广的高耗能动力设备。在工业生产中据统计，我国的总装机容量约为4亿千瓦，年耗电量约为6000亿kwh，约占工业用电的70%—80%。我国以中小型电机为主，约占80%，而中小型电机耗损的电量却占总损耗量的90%。电机在我国的实际应用中，同国外相比差距很大，机组效率为75%，比国外低10%;系统运行效率为30%—40%，比国际先进水平低20%—30%。因此在我国中小型电机具有极大的节能潜力，推行电机节能势在必行。

1 电动机的工作原理

三相异步电动机定子铁芯上按一定的规律均匀布置着三组绕组，接通三相电源时定子绕组中产生旋转磁场，磁场切割转子导条，导条中产生感应电动势，在感应电动势的作用下，闭合导条中就会产生感应电流，旋转磁极的磁场对该电流作用，产生电磁力，转子便产生电磁转矩，顺着旋转磁极方向转动起来。当转子速度和旋转磁场速度相同时，导条不发生相对切割，而没有力的作用，导致永远赶不上旋转磁场速度而叫异步电动机。三相异步电动机运行平稳，可靠，结构简单，结实耐用，便于制造，价格低廉等优点使之广泛应用于各个领域。

单相异步电机一般有两副或四副绕组，通过电容移相，把相位相差90°，从而产生脉动磁场，使电动机转子旋转起来，但与同容量的三相电动机相比较，体积较大，运行性能差，效率低。因此，只制造成小功率系列。

2 变频调速的工作原理

变频器是将固定频率的交流电变换成频率连续可调的交流电，由三相交流电动机转速公式n=(1-s)60f/p可知，调节电动机转差率s和磁极对数p和改变频率f，一个量或者多个量变化时，电动机转速也随之变化。

2.1 调节转差率调速

1)给异步电动机转子引入其他电动势来调节异步电动机的转速称为串级调速，引入电动势的方向与转子电动势不同或相同，但频率相同，通过改变引入电动势的大小可改变异步电动机的转速。2)给绕线异步电动机的转子串联电阻来调节异步电动机的转速，引入电阻越大，转速越低。上述两种方法没有改变同步转速，只改变转差率，原因在转子回路的电流发生了变化，从而使电动机转子转矩发生改变而引起电动机转速的变化。3)给电动机的电源电压发生改变，同步转速没有改变，但电动机转矩因电压的降低而降低，使得电动机转速而降低。

2.2 改变磁极对数调速

磁极对数的改变直接使电动机的转速发生改变，但电动机的磁极对数只能是正整数，所以不能无级调速。

2.3 改变频率调速

通过改变电动机电源的频率使电动机的转速发生改变。由上述都可以使电动机的转速发生改变，转差率调速一般会有效率低、发热、平滑性差等缺点，而变频调速恰好可以改变这些，使得电动机效率高、性能好、无级变速等。

3 变频调速的特点

1)保护功能完善。具有过载、过流、过电压和欠电压等功能，在这些保护中，保证负载在正常情况下避免出现故障而引起的电能浪费。

2)控制功能简单。具有面板、外部两方面整体控制，正反转、多段速、外部信号给定等，使其操作简单，效率提升。

3)参数设置多样化。加减速、制动、频率跳变、程序运行等，从根本上调节启动电流，启动转矩等，减少对电网的冲击，能量的浪费。

4)控制方式多样。

①U/f控制，在实现调频的同时改变电压，这样，在不损坏电动机的情况下，利用铁芯发挥转矩的能力，补偿电压的大小可调节，便可应用于不同负载。②矢量控制，该控制使电动机有很硬的机械特性，有很好的动态响应。

4 变频器调速的经济效益

我国经济持续高速增长了25年。党的十六大提出2020年全面建成小康社会的目标，要求GDP年均增长7.2%，这在世界工业化国家中是前所未有的，是人类历史上空前的社会实践。2005年，国内生产总值已达到182321亿元，经济总量已达到22 500亿美元(按汇率)，占世界第四位，国内生产总值、工业增加值、固定资产投资都在高速增长，但在增长的同时也要减少损失，通过变频调速系统后，节能效果使经济效益得到全面提高。

4.1 故障率的减少提高经济效益

在直流系统中，调速性能好，但故障多。1)每次在加工中零件的损失。2)修理过程中耽搁的时间造成的损失。3)本身修理的损失等。

4.2 设备寿命的延长提高经济效益

1)有些设备全速运行时阻矩大，摩损严重，使用变频调速后，运行平稳，磨损大大减少，寿命延长。2)在电动机直接启动和停止过程中，设备冲击大而使寿命减少，变频调速后启动停止过程得到改善而使寿命延长。3)在水力管网中，水泵直接控制而导致水锤效应减少水泵和管网的寿命，变频的恒压控制使压力变化平稳而提高寿命。

4.3 质量的提升提高的经济效益

1)变频器无极调速能使质量提升。2)接受反馈能使质量提升。3)检测的准确是质量提升。

节能是我国的基本国策其中之一。经济的发展离不开能源，能源的紧缺是世界性问题。

近20年来变频调速的发展，普及应用大约10年的时间，在这期间，变频调速在节能中发挥着重要的作用，已成为交流电动机调速必不可少的控制方式，所以节能贯穿于以后的经济生活当中，如轧钢、纺织、空调、洗衣机等，在各个领域都得到广泛应用。