（已结束）2010-10-11-工控擂台-变频器真的能节能吗？ 点击：781 | 回复：28
变频器电路基本工作原理为：三相交流电源经二级管整流桥输出恒定的直流电压，由六组大功率晶体管组成逆变器，利用其开关功能，由高频脉宽调制（PWM）驱动器按一定规律输出脉冲信号，控制晶体管的基极，使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，其幅值为逆变器直流侧电压 Vd而宽度则按正弦规律变化，这一组脉冲可以用正弦波来等效，此脉冲电压用来驱动电机运转，通过控制 PWM驱动器输出波形的幅值和频率，即可改变晶体管输出波形的频率和电压，达到变频调速的目的。
节电原理
在生产中，许多设备的能耗都与机组的转速有关，其中油、水泵最为突出，这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件，如最大流量和扬程进行选择的，但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多，如果所用的电动机是不能调速的，通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会造成很大的能量损耗，如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要的流量减少时，电动机的转数降低，消耗的能量将会明显减少。
可知，当转速下降1/2时，流量下降1/2，压力下降 1/4，功率下降为1/8，即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么随着泵的输出压头的降低，在输出同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可以完全避免，这就是调速节电的原理所在。简单地说，就是在不装变频调速装置时，泵的出口排量靠出口阀调节，电机易过负荷，流量小时，靠关小阀门调节，增加了管道阻力， 使部分能量白白消耗在泵出口阀门上，安装变频调速器后， 可以降低泵的转速，泵的扬程也相应降低， 电机的电耗也相应降低，使原来消耗在泵出口阀上的能量， 用变频调速方法得到了解决。由于采用恒转矩特性， 变频降速后的电机转矩不变，拖动力矩恒定，可以保证排量，从而实现了节约电能的作用。
变频器真的能节能吗？现在有些厂家对于变频器的节能方面宣传有些过分的夸张。笔者认为变频器最主要的用途还是在自动控制方面比较突出。至于节能要看具体的行业应用和现场的情况而定了。
变频器节能有两个方面：1，提高功率因数；2，提高用电效率。因为从原理上讲，变频器提高了功率因数。P=UI*功率因数。大部分进口变频器，都没有内置直流电抗器，一般用户也不加输入交流电抗器，使用变频器时，一半情形下功率因数约为0.7，低于一般4-8极异步电动机额定功率因数。因为变频器输入电流中谐波成分太大，总输入功率因数为位移因数和谐波畸变因数的乘积。变频器也不能提高电动机的功率因数，从P=UI*功率因数 不能得出节能的推论。当然，使用变频器，一般都能带来节能效果。就是调速、调压。
其实节能算是副产品了，变频器有些书上叫“变频调速器”，台湾有人叫“马达驱动器”，可见变频器的目的就是改变输入电源的频率，进而改变电机的速度，初衷与节能无关。变频器能节能，一是能改善功率因数，电机在工频驱动时的效率是0.75-0.85恒定不变，变频器加电抗器后，功率因数在0.90-1.95间；二是通过减少电机的速度，减少输出转矩，进而减少输入功率。按上面看来，变频器要节能，一定要有节能的空间，正如前面的兄台说的“如果电机运行在额定频率时才能满足负载要求的话，还谈什么节能”。再说，功率因数如果被提高到1以上，或转速要大于等于工频输入时，就谈不上节能了。
有的用户在用了变频器之前和之后对比每月的电费并没有实际的减少，这从一个侧面说明了变频器的节能效果不是很明显。或者是变频器本身是节能了但是周边其他的电气用电在变频器节能的同时确上升了。在考虑使用变频器之前，要特别警惕一些变频器经销商人的不负责的宣传。“只要用上变频器就可以节能！”是一种误解.
低压变频，在风机与水泵类负载上应用，节能效果还是很明显的。
在空压机组上面应用，节能效果也不错，但这些都得结合具体工况来进行。
空压机上通常是不节能。只能说是一种系统改造。
记得原来也做过一个空压机变频节能改造项目。情况是这样的：原来是1用1备2套132KW的空压机系统。使用的自耦降压启动方式。带载运行和空载运行分别是3：1的时间，基本上带载运行3分钟后，大约空载1分钟左右。空载运行电流也有90A左右，空载也相当于45KW的负载在运行。在使用变频器之后，通过软起软停的方式，完全将空载运行时间降下来。由于设备每天基本上要运行20小时以上，这样停止空载的话基本上就是可以说节能5个小时45KW。当然还不包括降低运行时间对设备的机械损耗，从而降低的油耗等。
另外变频器目前的最大应用是实时软调节、自动化应用。节能只是针对负载变化差异大的情况下，其他方面的节能有限。
变频器有节能的作用。举两个例子：
1、根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量－负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。
以一台IS150-125-400型离心泵为例，额定流200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M-4型电动机，额定功率45kW。泵在阀门调节和转速调节时的流量－负载曲线。根据运行要求，水泵连续24小时运行，其中每天11小时运行在90%负荷，
13小时运行在50%负荷；全年运行时间在300天。则每年的节电量为：
W1=45×11（100%－69%）×300=46035kW·h
W2=45×13×（95%－20%）×300 =131625kW·h
W = W1＋W2=46035＋131625=177660kW·h 字串4
每度电按0.5元计算，则每年可节约电费8.883万元。
2、根据风机、泵类平方转矩负载关系式：P / P0=（n / n0）3计算，式中为P0额定转速n0时的功率；P为转速n时的功率。 以一台工业锅炉使用的22 kW鼓风机为例。运行工况仍以 24小时连续运行，其中每天11小时运行在90%负荷（频率按46Hz计算,挡板调节时电机功耗按98%计算），13小时运行在50%负荷（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300天为计算依据。则变频调速时每年的节电量为： W1=22×11×[1－（46/50）3]×300=16067kW·h
W2=22×13×[1－（20/50）3]×300=80309kW·h
Wb = W1＋W2=16067＋80309=96376 kW·h
挡板开度时的节电量为：
W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW·h
W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW·h
? Wd = W1＋W2=1452＋21780=23232 kW·h
相比较节电量为：W= Wb－Wd=96376－23232=73144 kW·h
每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年可节约电费3.657万元。
某工厂离心式水泵参数为：离心泵型号6SA-8，额定流量53. 5 L/s，扬程50m；所配电机Y200L2-2型37 kW。对水泵进行阀门节流控制和电机调速控制情况下的实测数据记录如下： 字串2
流 量L/s 时 间（h） 消耗电网输出的电能（kW·h） 阀门节流调节 电机变频调速
47 2 33.2×2=66.4 28.39×2=56.8
40 8 30×8=240 21.16×8=169.3
30 4 27×4=108 13.88×4=55.5
20 10 23.9×10=239 9.67×10=96.7
合计 24 653.4 378.3
相比之下，在一天内变频调速可比阀门节流控制节省275.1 kW·h的电量，节电率达42.1%。
这是理论值。实际运行过程中有很多因素还要考虑，但总体来说，变频用得好的话能省很大一部分银子的，呵呵。
变频器节能变频器节能有两个方面：1，提供功率因数；2，提高用电效率。因为从原理上讲，变频器提高了功率因数。P=UI*功率因数。大部分进口变频器，都没有内置直流电抗器，一般用户也不加输入交流电抗器，使用变频器时，一半情形下功率因数约为0.7，低于一般4-8极异步电动机额定功率因数。因为变频器输入电流中谐波成分太大，总输入功率因数为位移因数和谐波畸变因数的乘积。变频器也不能提高电动机的功率因数，从P=UI*功率因数 不能得出节能的推论。当然，使用变频器，一般都能带来节能效果。就是调速、调压。
其实节能算是副产品了，变频器有些书上叫“变频调速器”，台湾有人叫“马达驱动器”，可见变频器的目的就是改变输入电源的频率，进而改变电机的速度，初衷与节能无关。变频器能节能，一是能改善功率因数，电机在工频驱动时的效率是0.75-0.85恒定不变，变频器加电抗器后，功率因数在0.90-1.95间；二是通过减少电机的速度，减少输出转矩，进而减少输入功率。按上面看来，变频器要节能，一定要有节能的空间，正如前面的兄台说的“如果电机运行在额定频率时才能满足负载要求的话，还谈什么节能”。再说，功率因数如果被提高到1以上，或转速要大于等于工频输入时，就谈不上节能了。
有的用户在用了变频器之前和之后对比每月的电费并没有实际的减少，这从一个侧面说明了变频器的节能效果不是很明显。或者是变频器本身是节能了但是周边其他的电气用电在变频器节能的同时确上升了。在考虑使用变频器之前，要特别警惕一些变频器经销商人的不负责的宣传。“只要用上变频器就可以节能！”是一种误解。
1、变频节能
由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）╳ H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％.
2、功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
3、软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于(4-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。 变频器可以省电这是不可磨灭的事实，在某些情况下可以节电40%以上，但是某些情况还会比不接变频器浪费！ 变频器是通过轻负载降压实现节能的，拖动转距负载由于转速没有多大变化，即便是降低电压，也不会很多，所以节能很微弱，但是用在风机环境就不同了，当需要较小的风量时刻，电机会降低速度，我们知道风机的耗能跟转速的1.7次方成正比，所以电机的转距会急剧下降，节能效果明显。如果我们用在油井上，就会因为在返程使用制动电阻白白浪费很多电能反而更废电。 当然，如果环境要求必须调速，变频器节能效果还是比较明显的。不调速的场合变频器不会省电，只能改善功率因数。
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