變頻節能

變頻節能是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。

基本介紹

• 中文名：變頻節能
• 變頻器：利用電力半導體器件
• 相關常識：按一定規律改變脈衝列的脈衝寬度
• 安裝方向：裝設變頻器時安裝方向是否有限制

變頻器

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。

變頻器相關常識

PWM和PAM的不同點是什麼

PWM是英文Pulse Width Modulation（脈衝寬度調製）縮寫，以調節輸出量和波形的一種調值方式。

PAM是英文Pulse Amplitude Modulation （脈衝幅度調製） 縮寫，是按一定規律改變脈衝列的脈衝幅度，以調節輸出量值和波形的一種調製方式。

電壓型與電流型有什麼不同

變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流迴路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流迴路的濾波是電感。

V/f模式是什麼意思

頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關係是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇

變頻器的保護功能

保護功能可分為以下兩類：

⑴ 檢知異常狀態後自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。

⑵ 檢知異常後封鎖電力半導體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。

變頻器保護如何工作

為什麼用離合器連續負載時，變頻器的保護功能就動作？

用離合器連線負載時，在連線的瞬間，電機從空載狀態向轉差率大的區域急劇變化，流過的大電流導致變頻器過電流跳閘，不能運轉。

變頻器終止原因

在同一工廠內大型電機一起動，運轉中變頻器就停止，這是為什麼？

電機起動時將流過和容量相對應的起動電流，電機定子側的變壓器產生電壓降，電機容量大時此壓降影響也大，連線在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷，因而有時保護功能（IPE）動作，造成停止運轉。

什麼是變頻解析度？有什麼意義？

對於數字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號，輸出頻率也是有級給定。這個級差的最小單位就稱為變頻解析度。

變頻解析度通常取值為0.015~0.5Hz.例如，解析度為0.5Hz，那么23Hz的上面可變為23.5、24.0 Hz，因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對於像連續卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下，如果解析度為0.015Hz左右，對於4級電機1個級差為1r/min 以下，也可充分適應。另外，有的機種給定解析度與輸出解析度不相同。

變頻器的壽命有多久？

變頻器雖為靜止裝置，但也有像濾波電容器、冷卻風扇那樣的消耗器件，如果對它們進行定期的維護，可望有10年以上的壽命。

風扇問題

變頻器內藏有冷卻風扇，風的方向如何？風扇若是壞了會怎樣？

對於小容量也有無冷卻風扇的機種。有風扇的機種，風的方向是從下向上，所以裝設變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。還有，變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風扇發生故障時，由電扇停止檢測或冷卻風扇上的過熱檢測進行保護

電容器壽命判斷

濾波電容器為消耗品，那么怎樣判斷它的壽命？

作為濾波電容器使用的電容器，其靜電容量隨著時間的推移而緩緩減少，定期地測量靜電容量，以達到產品額定容量的85%時為基準來判斷壽命。

安裝方向

應基本收藏在盤內，問題是採用全封閉結構的盤外形尺寸大，占用空間大，成本比較高。其措施有：

⑴盤的設計要針對實際裝置所需要的散熱；

⑵利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積；

⑶ 採用熱導管。

此外，已開發出變頻器背面可以外露的型式。

變頻驅動

不採用軟啟動可以嗎

不採用軟起動，將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以？

在很低的頻率下是可以的，但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流（6~7倍額定電流），由於變頻器切斷過電流，電機不能起動。

為什麼變頻器的電壓與頻率成比例的改變

異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁迴路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用於風機、泵類節能型變頻器。

電壓下降影響

電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加；對於變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？

頻率下降（低速）時，如果輸出相同的功率，則電流增加，但在轉矩一定的條件下，電流幾乎不變。

採用變頻器對電機影響

採用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？

採用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下（根據機種不同，為125%~200%）。用工頻電源直接起動時，起動電流為6~7倍，因此，將產生機械電氣上的衝擊。採用變頻器傳動可以平滑地起動（起動時間變長）。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉矩為70%~120%額定轉矩；對於帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。

使用變頻後，電機起動平滑

按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化

頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由於交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f，要使輸出電壓提高一些，以便獲得一定地起動轉矩，這種補償稱增強起動。可以採用各種方法實現，有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法

60赫茲以下的輸出功率

在說明書上寫著變速範圍60~6Hz，即10：1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？

在6Hz以下仍可輸出功率，但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率（起動頻率）根據機種為0.5~3Hz.

60赫茲轉矩能否固定

對於一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可以？

通常情況下時不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）電壓不變，大體為恆功率特性，在 高速下要求相同轉矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。

所謂開環是什麼意思

給所使用的電機裝置設速度檢出器（PG），將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環 ”，不用PG運轉的就叫作“開環”。通用變頻器多為開環方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋.

實際轉速對於給定速度有偏差時如何辦

開環時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的範圍內（1%~5%）變動。對於要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近於給定速度下運轉的場合，可採用具有PG反饋功能的變頻器（選用件）。

用帶有PG的電機，反饋後速度精度能提高嗎

具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決於PG本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。

失速防止功能是什麼意思

如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速（電角頻率）的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機繼續運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。加速時間與減速時間意義

有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什麼意義？

加減速可以分別給定的機種，對於短時間加速、緩慢減速場合，或者對於小型工具機需要嚴格給定生產節拍時間的場合是適宜的，但對於風機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。

什麼是再生制動

電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變為異步發電機狀態運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。

是否能得到更大的制動力

從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由於電容器的容量和耐壓的關係，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的10%~20%。如採用選用件制動單元，可以達到50%~100%。

變頻器可以傳動齒輪電機嗎？

根據減速機的結構和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結構上通常可考慮70~80Hz為最大極限，採用油潤滑時，在低速下連續運轉關係到齒輪的損壞等。

變頻器能驅動單項電機嗎

變頻器能用來驅動單相電機嗎？可以使用單相電源嗎？

機基本上不能用。對於調速器開關起動式的單相電機，在工作點以下的調速範圍時將燒毀

輔助繞組；對於電容起動或電容運轉方式的，將誘發電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相，但對於小容量的，也有用單相電源運轉的機種。

變頻器本身消耗的功率有多少？

它與變頻器的機種、運行狀態、使用頻率等有關，但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%，據此可推算損耗，但內藏再生制動式（FR-K）變頻器，如果把制動時的損耗也考慮進去，功率消耗將變大，對於操作盤設計等必須注意。

為什麼不能在6~60Hz全區域連續運轉使用

一般電機利用裝在軸上的外扇或轉子端環上的葉片進行冷卻，若速度降低則冷卻效果下降，因而不能承受與高速運轉相同的發熱，必須降低在低速下的負載轉矩，或採用容量大的變頻器與電機組合，或採用專用電機。

使用帶制動器的電機時應注意什麼

制動器勵磁迴路電源應取自變頻器的輸入側。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作，將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出後再使制動器動作。

電機不動原因

想用變頻器傳動帶有改善功率因數用電容器的電機，電機卻不動，清說明原因

變頻器的電流流入改善功率因數用的電容器，由於其充電電流造成變頻器過電流（OCT），所以不能起動，作為對策，請將電容器拆除後運轉，甚至改善功率因數，在變頻器的輸入側接入AC電抗器是有效的。

變頻器容量選擇

想提高原有輸送帶的速度，以80Hz運轉，變頻器的容量該怎樣選擇？

設基準速度為50Hz,50Hz以上為恆功率輸出特性。像輸送帶這樣的恆轉矩特性負載增速時，容量 需要增大為80/50≈1.6倍。電機容量也像變頻器一樣增大

注意事項

電機超過60Hz運轉時應注意什麼問題？ 超過60Hz運轉時應注意以下事項

⑴機械和裝置在該速下運轉要充分可能（機械強度、噪聲、振動等）。

⑵ 電機進入恆功率輸出範圍，其輸出轉矩要能夠維持工作（風機、泵等軸輸出功率於速度的立方成比例增加，所以轉速少許升高時也要注意）。

⑶ 產生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。

⑷ 對於中容量以上的電機特別是2極電機，在60Hz以上運轉時要與廠家仔細商討。

節能原理

調速節能

由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）╳ H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關係下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關係。

無功補償節能

無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗線上路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－視在功率，P－有功功率，Q－無功功率，COSФ－功率因數，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機的功率因數在0.6-0.7之間，使用變頻調速裝置後，由於變頻器內部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

軟啟動節能

由於電機為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等於（4-7）倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的衝擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置後，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的衝擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。

變頻可以省電這是不可磨滅的事實，在某些情況下可以節電40%以上，但是某些情況還會比不接變頻器浪費！

變頻器是通過輕負載降壓實現節能的，拖動轉距負載由於轉速沒有多大變化，即便是降低電壓，也不會很多，所以節能很微弱，但是用在風機環境就不同了，當需要較小的風量時刻，電機會降低速度，我們知道風機的耗能跟轉速的1.7次方成正比，所以電機的轉距會急劇下降，節能效果明顯。如果我們用在油井上，就會因為在返程使用制動電阻白白浪費很多電能反而更廢電。

當然，如果環境要求必須調速，變頻器節能效果還是比較明顯的。不調速的場合變頻器不會省電，只能改善功率因數。

1、如果兩個一模一樣的電機都工作在50HZ的工頻狀態下，一個使用變頻器，一個沒有，同時轉速和扭矩都在電機的額定狀態下，那么變頻器還能省電嗎？能省多少呢？

答：對於這種情況，變頻器只能改善功率因數，並不能節省電力。

2、如果這兩個電機的扭矩沒有達到電機的額定扭矩狀態下工作（頻率，轉速還是一樣50HZ），有變頻器的那個能省多少電？

答：如果使用了自動節能運行，這個時刻變頻器能降壓運行，可以節省部分電能，但是節電不明顯。

3、同樣的條件，空載狀態下能省多少，這三種狀態下哪個省的更多？

答：拖動型負載空載狀態也節省不了多大的電能。

測量與試驗

假設PWM波的載波頻率為fc，基波頻率為fs，fc/fs稱為載波比N，對於三相變頻器，當N為3的整數倍時，輸出不含3次諧波及3的整數倍諧波。且諧波集中載波頻率整數倍附近，即諧波次數為：kfc±mfs，k和m為整數。

右圖是基波頻率fs=50Hz，載波頻率fc=3kHz，調製比為0.8的SPWM的波形及頻譜的Matlab仿真圖。

圖中58次諧波和60次諧波的幅值分別為27.8%和27.7%，含量最大的諧波為119次和121次諧波，諧波幅值分別為39.1%和39.3%。即最大諧波在兩倍載波頻率附近。

變頻電機試驗一般需要採用變頻器供電，由於變頻器輸出頻率具有較寬的變化範圍，且輸出的PWM波含有豐富的諧波，傳統的互感器及功率計已經不能滿足試驗的測量需要，應該採用變頻功率分析儀及變頻電量變送器/感測器等。

按照GB/T22670變頻器供電三相籠型感應電動機試驗方法的規定，變頻電量變送器的頻寬應該在載波頻率的6倍以上，當載波頻率為3kHz時，頻寬至少為18kHz，實際使用推薦30kHz以上頻寬的變頻電量變送器。