【康沃真空網(wǎng)】一直都聽別人說變頻器能省電,說的人多了也就接受了,那到底省電不省電?
如果兩個一模一樣的電機(jī)都工作在50HZ的工頻狀態(tài)下，一個使用變頻器，一個沒有，同時(shí)轉(zhuǎn)速和扭矩都在電機(jī)的額定狀態(tài)下，那么變頻器還能省電嗎？能省多少呢？
答：對于這種情況，變頻器只能改善功率因數(shù)，并不能節(jié)省電力。
1、變頻不是到處可以省電，有不少場合用變頻并不一定能省電。
2、作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的2-5%）
3、變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：
第一，裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）, 即和整個系統(tǒng)或工藝要求匹配；
第二，長期連續(xù)運(yùn)行。
除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電，沒有什么意義。如果不加前提條件的說變頻器工頻運(yùn)行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。知道了原委，你會巧妙的利用他為你服務(wù)。一定要注意使用場合和使用條件才好正確應(yīng)用，否則就是盲從、輕信而“受騙上當(dāng)”。
我們使用變頻器經(jīng)常有如下幾個誤區(qū):
誤區(qū)1、使用變頻器都能節(jié)電
一些文獻(xiàn)宣稱變頻調(diào)速器是節(jié)電控制產(chǎn)品，給人的感覺是只要使用變頻調(diào)速器都能節(jié)電。
實(shí)際上，變頻調(diào)速器之所以能夠節(jié)電，是因?yàn)槠淠軐﹄妱訖C(jī)進(jìn)行調(diào)速。如果說變頻調(diào)速器是節(jié)電控制產(chǎn)品的話，那么所有的調(diào)速設(shè)備也都可以說是節(jié)電控制產(chǎn)品。變頻調(diào)速器只不過比其它調(diào)速設(shè)備效率和功率因數(shù)略高罷了。
變頻調(diào)速器能否實(shí)現(xiàn)節(jié)電，是由其負(fù)載的調(diào)速特性決定的。對于離心風(fēng)機(jī)、離心水泵這類負(fù)載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。只要原來采用閥門控制流量，且不是滿負(fù)荷工作，改為調(diào)速運(yùn)行，均能實(shí)現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時(shí)，功率只有原來的51.2%。可見，變頻調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用，節(jié)電效果最為明顯。對于羅茨風(fēng)機(jī)這類負(fù)載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)，即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。若原來采用放風(fēng)閥放走多余風(fēng)量的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，改為調(diào)速運(yùn)行，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時(shí)(公眾號:泵管家)，功率為原來的80%。比在離心風(fēng)機(jī)、離心水泵中的應(yīng)用節(jié)電效果要小得多。對于恒功率負(fù)載，功率與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。水泥廠恒功率負(fù)載，如配料皮帶秤，在設(shè)定流量一定的條件下，當(dāng)料層厚時(shí)，皮帶速度減慢；當(dāng)料層薄時(shí)，皮帶速度加快。變頻調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用，不能節(jié)電。
與直流調(diào)速系統(tǒng)比較，直流電動機(jī)比交流電動機(jī)效率高、功率因數(shù)高，數(shù)字直流調(diào)速器與變頻調(diào)速器效率不相上下，甚至數(shù)字直流調(diào)速器比變頻調(diào)速器效率略高。所以，宣稱使用交流異步電動機(jī)和變頻調(diào)速器比使用直流電動機(jī)和直流調(diào)速器要節(jié)電，理論和實(shí)踐證明，這是不正確的。
誤區(qū)2、變頻器的容量選擇以電動機(jī)額定功率為依據(jù)
相對于電動機(jī)來說，變頻調(diào)速器的價(jià)格較貴，因此在保證安全可靠運(yùn)行的前提下，合理地降低變頻調(diào)速器的容量就顯得十分有意義。
變頻調(diào)速器的功率指的是它適用的4極交流異步電動機(jī)的功率。
由于同容量電動機(jī)，其極數(shù)不同，電動機(jī)額定電流不同。隨著電動機(jī)極數(shù)的增多，電動機(jī)額定電流增大。變頻調(diào)速器的容量選擇不能以電動機(jī)額定功率為依據(jù)。同時(shí)，對于原來未采用變頻器的改造項(xiàng)目，變頻調(diào)速器的容量選擇也不能以電動機(jī)額定電流為依據(jù)。這是因?yàn)?，電動機(jī)的容量選擇要考慮最大負(fù)荷、富裕系數(shù)、電動機(jī)規(guī)格等因素，往往富裕量較大，工業(yè)用電動機(jī)常常在50%～60%額定負(fù)荷下運(yùn)行。若以電動機(jī)額定電流為依據(jù)來選擇變頻調(diào)速器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，而可靠性并沒有因此得到提高。
對于鼠籠式電動機(jī)，變頻調(diào)速器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于或等于電動機(jī)的最大正常工作電流1.1倍為原則，這樣可以最大限度地節(jié)約資金。對于重載起動、高溫環(huán)境、繞線式電動機(jī)、同步電動機(jī)等條件下，變頻調(diào)速器的容量應(yīng)適當(dāng)加大。
對于一開始就采用變頻器的設(shè)計(jì)中，變頻器容量的選擇以電動機(jī)額定電流為依據(jù)無可厚非。這是因?yàn)榇藭r(shí)變頻器容量不能以實(shí)際運(yùn)行情況來選擇。當(dāng)然，為了減少投資，在有些場合，也可先不確定變頻器的容量，等設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，再根據(jù)實(shí)際電流進(jìn)行選擇。
內(nèi)蒙古某水泥公司Φ24m×13m水泥磨二級粉磨系統(tǒng)中，有1臺國產(chǎn)N－1500型O－Sepa高效選粉機(jī)，配用電動機(jī)型號為Y2－315M－4型，電動機(jī)功率為132kW，卻選用FRN160－P9S－4E型變頻器，這種變頻器適用于4極、功率為160kW電動機(jī)。投入運(yùn)行后，最大工作頻率48Hz，電流只有180A，不到電動機(jī)額定電流的70%，電動機(jī)本身已有相當(dāng)?shù)母辉Ａ?。而變頻器選用規(guī)格又比拖動電動機(jī)大1個等級，造成不應(yīng)有的浪費(fèi)，可靠性不會因此而提高。
安徽巢湖水泥廠3號石灰石破碎機(jī)，其喂料系統(tǒng)采用1500×12000板式喂料機(jī)，拖動電動機(jī)選用Y225M－4型交流電動機(jī)，電動機(jī)額定功率45kW，額定電流為84.6A。在進(jìn)行變頻調(diào)速改造前，通過測試發(fā)現(xiàn)，板式喂料機(jī)拖動電動機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，三相平均電流僅30A，只有電動機(jī)額定電流的35.5%。為了節(jié)省投資，選用ACS601－0060－3型變頻器，該變頻器額定輸出電流為76A，適用于4極、功率為37kW電動機(jī)，取得了較好的使用效果。
這2個例子一反一正說明了，對于原來未采用變頻器的改造項(xiàng)目，變頻器的容量以實(shí)際工況為依據(jù)來選擇可大幅度減少投資。
誤區(qū)3、通用電動機(jī)只能在其額定傳速以下采用變頻調(diào)速器降速運(yùn)行
經(jīng)典理論認(rèn)為，通用電動機(jī)頻率上限為55Hz。這是因?yàn)楫?dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速需要調(diào)到額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，定子頻率將增加到高于額定頻率(50Hz)。這時(shí)，若仍按恒轉(zhuǎn)矩原則控制，則定子電壓將升高超過額定電壓。那么，當(dāng)調(diào)速范圍高于額定轉(zhuǎn)速時(shí),須保持定子電壓為額定電壓不變。這時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速/頻率的上升，磁通將減少，因此在同一定子電流下的轉(zhuǎn)矩將減小，機(jī)械特性變軟，電動機(jī)的過載能力大幅度減少。
由此可見，通用電動機(jī)頻率上限為55Hz是有前提條件的：
1、定子電壓不能超過額定電壓；
2、電動機(jī)在額定功率運(yùn)行；
3、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
上述情況下，理論和試驗(yàn)證明，若頻率超過55Hz，將使電動機(jī)轉(zhuǎn)矩變小，機(jī)械特性變軟，過載能力下降，鐵耗急增，發(fā)熱嚴(yán)重。
筆者認(rèn)為，電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況表明，通用電動機(jī)可以通過變頻調(diào)速器進(jìn)行提速運(yùn)行。能否變頻提速?能提多少?主要是由電動機(jī)拖動的負(fù)載來決定的。首先，要弄清負(fù)荷率是多少?其次，要搞清楚負(fù)載特性，根據(jù)負(fù)載的具體情況，進(jìn)行推算。簡單分析如下：
1、事實(shí)上，對于380V通用電動機(jī)，定子電壓超過額定電壓10%長期運(yùn)行是可以的，對電動機(jī)絕緣及壽命沒有影響。定子電壓提高，轉(zhuǎn)矩顯著增大，定子電流減少，繞組溫度下降。
2、電動機(jī)負(fù)荷率通常為50%～60%
一般情況下，工業(yè)用電動機(jī)通常在50%～60%額定功率下工作。經(jīng)推算，電動機(jī)輸出功率為70%額定功率，定子電壓提高7%時(shí)，定子電流下降26.4%，此時(shí)，即使是恒轉(zhuǎn)矩控制，采用變頻調(diào)速器提高電動機(jī)轉(zhuǎn)速20%，定子電流也不但不會上升，反而會下降。盡管提高頻率后，電動機(jī)鐵耗急增，但由其產(chǎn)生的熱量與定子電流下降而減少的熱量相比甚微。因此，電動機(jī)繞組溫度也將明顯下降。
3、負(fù)載特性各種各樣
電動機(jī)拖動系統(tǒng)是為負(fù)載服務(wù)的，不同的負(fù)載，機(jī)械特性不同。電動機(jī)在提速后必須滿足負(fù)載機(jī)械特性的要求。經(jīng)推算恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不同負(fù)荷率(k)時(shí)的允許最高運(yùn)行頻率(fmax)與負(fù)荷率成反比，即fmax=fe/k，其中fe為額定工頻。對恒功率負(fù)載，通用電動機(jī)的允許最高工作頻率主要受電動機(jī)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的機(jī)械強(qiáng)度限制，筆者認(rèn)為一般限制在100Hz以內(nèi)為宜。
應(yīng)用實(shí)例：
某廠鏈斗輸送機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因產(chǎn)量提高，需將其電動機(jī)轉(zhuǎn)速提高20%。該電動機(jī)型號為Y180L－6，額定功率15kW，額定電壓380V，額定電流31.6A，額定轉(zhuǎn)速980r/min，效率89.5%，功率因數(shù)0.81，運(yùn)行電流18～20A，正常時(shí)最大運(yùn)行功率7.5kW，負(fù)荷率為50%。安裝CIMR－G5A4015型變頻調(diào)速器后，運(yùn)行頻率60Hz，提高轉(zhuǎn)速20%，變頻器輸出電壓最高設(shè)定為410V，電動機(jī)運(yùn)行電流12～15A，下降30%左右，電動機(jī)繞組溫度明顯下降。
誤區(qū)4、忽視變頻器的自身特點(diǎn)
變頻調(diào)速器的調(diào)試工作一般由經(jīng)銷廠家來完成，不會出現(xiàn)什么問題。變頻調(diào)速器的安裝工作較簡單，一般由用戶來完成。一些用戶不認(rèn)真閱讀變頻調(diào)速器的使用說明書，不嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行施工，忽視變頻器自身特點(diǎn),將其等同于一般電氣器件,憑想當(dāng)然和經(jīng)驗(yàn)辦事，為故障和事故埋下了隱患。
根據(jù)變頻調(diào)速器的使用說明書的要求，接到電動機(jī)的電纜應(yīng)采用屏蔽電纜或鎧裝電纜，最好穿金屬管敷設(shè)。截?cái)嚯娎|的端頭應(yīng)盡可能整齊，未屏蔽的線段盡可能短，電纜長度不宜超過一定的距離（一般為50m）。當(dāng)變頻調(diào)速器與電動機(jī)間的接線距離較長時(shí)，來自電纜的高諧波漏電流會對變頻調(diào)速器和周邊設(shè)備產(chǎn)生不利影響。從變頻器控制的電動機(jī)返回的接地線，應(yīng)直接連到變頻器相應(yīng)的接地端子上。變頻器的接地線切勿與焊機(jī)及動力設(shè)備共用，且盡可能短。由于變頻器產(chǎn)生漏電流，與接地點(diǎn)太遠(yuǎn)則接地端子的電位不穩(wěn)定。變頻器的接地線的最小截面積必須大于或等于供電電源電纜的截面積。為了防止干擾而引起的誤動作，控制電纜應(yīng)使用絞合屏蔽線或雙股屏蔽線。同時(shí)要注意切勿將屏蔽網(wǎng)線接觸到其它信號線及設(shè)備外殼，用絕緣膠帶纏包起來。為了避免其受到噪聲的影響，控制電纜長度不宜超過50m。控制電纜和電動機(jī)電纜必須分開敷設(shè)，使用單獨(dú)的走線槽，并盡可能遠(yuǎn)離。當(dāng)二者必須交叉時(shí)，應(yīng)采取垂直交叉。千萬不能將它們放在同一個管道或電纜槽中。而一些用戶在進(jìn)行電纜敷設(shè)時(shí)，沒有嚴(yán)格按照上述要求進(jìn)行施工，導(dǎo)致在單獨(dú)調(diào)試時(shí)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，正常生產(chǎn)時(shí)卻干擾嚴(yán)重，以致不能運(yùn)行。
如某水泥廠二次風(fēng)溫表突然出現(xiàn)指示異常：指示值明顯偏低，且大幅度波動。在此之前一直運(yùn)行很好。檢查熱電偶、溫度變送器及二次儀表，均未發(fā)現(xiàn)問題，將相關(guān)?表移到其他測點(diǎn)，儀表運(yùn)行完全正常，而將其他測點(diǎn)的同類儀表換到此處，也出現(xiàn)同樣現(xiàn)象。后發(fā)現(xiàn)在篦冷機(jī)3號冷卻風(fēng)機(jī)電動機(jī)上新安裝了1臺變頻調(diào)速器，而且正是變頻器投用后二次風(fēng)溫表才出現(xiàn)指示異常狀態(tài)。試將變頻器停運(yùn)，二次風(fēng)溫表指示立即恢復(fù)正常；再起動變頻器，二次風(fēng)溫表又出現(xiàn)指示異常，連續(xù)反復(fù)試驗(yàn)幾次均是如此，從而判斷出變頻器的干擾是造成二次風(fēng)溫表顯示異常的直接原因。該風(fēng)機(jī)為離心式通風(fēng)機(jī)，原來采用閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量，后改為變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量。由于現(xiàn)場粉塵較大，環(huán)境惡劣，故將變頻器安裝在MCC(電動機(jī)控制中心)控制室。為了施工方便，變頻器接在該風(fēng)機(jī)主接觸器的下側(cè)，變頻器輸出電纜使用該風(fēng)機(jī)電動機(jī)的動力電纜。該風(fēng)機(jī)電動機(jī)的動力電纜為聚氯乙烯絕緣無鋼鎧護(hù)套電纜，并與二次風(fēng)溫表信號電纜在同一電纜溝的不同橋架層平行敷設(shè)。可見，正是因?yàn)樽冾l器輸出電纜沒有采用鎧裝電纜或穿鐵管敷設(shè)，導(dǎo)致了干擾現(xiàn)象的發(fā)生。這個教訓(xùn)對原來沒有采用變頻器的改造項(xiàng)目要引起特別注意。
在變頻調(diào)速器的日常維護(hù)中也要特別小心。有的電工一發(fā)現(xiàn)變頻器故障跳停，就立即打開變頻器進(jìn)行維修。這樣做是很危險(xiǎn)的，有可能發(fā)生人身觸電事故。這是因?yàn)榧词棺冾l器不處于運(yùn)行狀態(tài)，甚至電源已經(jīng)切斷，由于其中的電容器的存在，變頻器的電源輸入線、直流端子和電動機(jī)端子上仍然可能帶有電壓。斷開開關(guān)后，必須等待幾分鐘后，使變頻器放電完畢，才能開始工作。還有的電工習(xí)慣于一發(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)跳停，就立即用搖表對變頻器拖動的電動機(jī)進(jìn)行絕緣測試，從而判斷電動機(jī)是否燒毀。這也是很危險(xiǎn)的，易使變頻器被燒。因此，在電動機(jī)與變頻器之間的電纜未斷開前，絕對不能對電動機(jī)進(jìn)行絕緣測試，也不能對已連接到變頻器的電纜進(jìn)行絕緣測試。
對變頻器的輸出參數(shù)進(jìn)行測量時(shí)也要特別注意。由于變頻器的輸出為PWM波形，含有高次諧波，而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩主要依賴于基波電壓有效值，故測量輸出電壓時(shí)，主要是測量基波電壓值，使用整流式電壓表，其測量結(jié)果最接近數(shù)字頻譜分析儀測量值，而且與變頻器的輸出頻率有極好的線性關(guān)系。若需進(jìn)一步提高測量精度，可以采用阻容濾波器。數(shù)字萬用表容易受干擾，測量有較大的誤差。輸出電流需要測量包括基波和其他高次諧波在內(nèi)的總有效值，因此常用的儀表是動圈式電流表（在電動機(jī)負(fù)載時(shí)，基波電流有效值和總電流有效值差別不大）。當(dāng)考慮到測量方便而采用電流互感器時(shí)，在低頻情況下電流互感器可能飽和，所以，必須選擇適當(dāng)容量的電流互感器。
