變頻器(Variable-frequency Drive，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元、微處理單元等組成。

相對于工業(yè)化國家來說，我國變頻器行業(yè)起步比較晚，到20世紀(jì)90年代初，國內(nèi)企業(yè)才開始認識變頻器的作用，并開始嘗試使用，國外的變頻器產(chǎn)品正式涌進中國的市場。隨著變頻技術(shù)的普及和大規(guī)模應(yīng)用，我國迅速掌握了變頻器的制造技術(shù)，現(xiàn)國內(nèi)品牌也大量占據(jù)著變頻器產(chǎn)品市場。中國對于變頻器從開始應(yīng)用到大規(guī)模普及已經(jīng)長達二十年時間。

一、工控變頻器的節(jié)能節(jié)電原理

1、 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速節(jié)能：工業(yè)企業(yè)為保證生產(chǎn)裝置的可靠性，驅(qū)動能力較設(shè)計負荷都留有一定的裕量。因此，就會出現(xiàn)很多電機并非在滿負荷狀態(tài)下運行，從而多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。對于這種狀況，通過變頻器調(diào)速功能可以降低電機的運行速度，從而使電機在維持恒壓的同時降低電能的消耗。

假設(shè)電機轉(zhuǎn)速從 N1 下降到 N2，則其軸功率 P將變?yōu)椋?/p>

P2/ P1 = (N2/N1)3

由此可見，通過降低電機轉(zhuǎn)速的方式便可實現(xiàn)立方級的節(jié)能效果。

2、通過動態(tài)調(diào)整效率節(jié)能：變頻器自身配置的測控輸出功能持續(xù)監(jiān)測負載變動，并迅速作出調(diào)整以適應(yīng)負載的變動，從而使電機的輸出始終保持高效率。

3、通過V/F功能節(jié)能：在保證電機輸出力矩的情況下，變頻自身可自動調(diào)節(jié)V/F曲線，減少了電機的輸出力矩以及降低了輸入電流，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

4、 通過軟啟動功能節(jié)能：眾所周知，電機在全壓啟動時，根據(jù)電機的啟動力矩要求，從電網(wǎng)吸收的電流約為電機額定電流的7 倍，而啟動電流較大的話不僅浪費電力，而且對電網(wǎng)電壓產(chǎn)生較大的波動，電網(wǎng)的不斷波動也會增加線損和變損。通過變頻器的軟啟動功能，電機啟動電流可從0 逐步上升到電機的額定電流，有效緩和了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，不僅降低了大電流電能的浪費，也降低了啟動慣性對設(shè)備的大幅沖擊，減少了設(shè)備壽命損耗。

5、通過提高功率因數(shù)節(jié)能：大部分三相異步電動機都屬于感性負載，由于電機在運行時大量吸收無功功率，造成功率因數(shù)較低。采用變頻器后，其特性變成了：AC- DC -AC，通過變頻器的整流濾波過程后，變頻器對電網(wǎng)的阻抗特性呈阻性，提高了功率因數(shù)，從而減少了無功損耗。

綜上而言，變頻器在很多場合確實擁有一定的節(jié)能效果，甚至在某些場合效果極其顯著。因此，變頻器作為一種優(yōu)秀的技術(shù)創(chuàng)新，從根本上來說是非常值得大力推廣的。

二、對變頻器節(jié)能節(jié)電的認識誤區(qū)

由于變頻技術(shù)的大力推進，以及變頻器商家的大力宣傳，一些工業(yè)企業(yè)已在潛意識中將使用變頻器與節(jié)能節(jié)電畫上等號。然而，在實際使用中，由于面臨的情況不同，很多企業(yè)在實踐中逐步發(fā)覺不是所有應(yīng)用變頻器的地方都能節(jié)能節(jié)電。那么造成這種情況的原因以及人們對變頻器還有哪些認識誤區(qū)?

1、變頻器在所有類型電機上使用均能節(jié)電

變頻調(diào)速器能否實現(xiàn)節(jié)電，是由其負載的調(diào)速特性決定的。對于離心機、風(fēng)機、水泵類負載屬于二次方轉(zhuǎn)矩負載，才滿足電機輸出功率P∝Tn，P∝n3，即電動機軸上的輸出功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比?？梢?，對于二次方轉(zhuǎn)矩負載，變頻調(diào)速器節(jié)電效果最為突出。

對于恒轉(zhuǎn)矩負載，例如羅茨風(fēng)機等，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。一般設(shè)置一個排風(fēng)口通過閥門控制，當(dāng)風(fēng)量超出需求時，排出多余風(fēng)量從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)。這種情況下可以采用調(diào)速運行，同樣也可以達到節(jié)電的效果。另外對于恒功率負載，功率與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。這些情況下就沒必要投用變頻器。

2、關(guān)于能耗計算時方法錯誤形成的誤區(qū)

很多企業(yè)在計算節(jié)能成效的時候，往往用視在功率計算無功補償。例如一電機在工頻情況下滿負荷運行時，測量運行電流為194A，采用變頻調(diào)速后，滿負荷運行時的功率因數(shù)約提高至0.99，此時測量電流為173A，導(dǎo)致電流降低的原因是變頻器內(nèi)部濾波電容改善了系統(tǒng)功率因數(shù)。

按照視在功率計算節(jié)能效果如下：

ΔS=UI=380×(194-173)=7.98kVA

節(jié)能效果約為電機額定功率的11%左右。

實際上視在功率S，是電壓與電流的乘積關(guān)系，在電壓相同的條件下，視在功率的變化情況與電流變化情況成正比?？紤]到電路中的系統(tǒng)電抗，視在功率并非代表電機的實際消耗功率，而是代表理想狀況下的最大輸出能力，電動機實際消耗的功率通常用有功功率表示。電機實際消耗功率是由電機及其負載決定的，在提高了功率因數(shù)后，電機的負載并沒有發(fā)生變化，電機的效率同樣也沒有發(fā)生變化，從而，電機實際消耗功率也不會發(fā)生變化。同樣功率因素提高后，對于電機的運狀態(tài)、定子電流以及有功和無功電流也都沒發(fā)生改變。那么功率因數(shù)是如何提高的呢?原因就在于變頻器內(nèi)部的濾波電容上，電機的部分消耗就是使用了濾波電容所產(chǎn)生的無功功率。功率因數(shù)的提高，減少了變頻器的實際輸入電流，同樣降低了電網(wǎng)的線損和變損。在上述計算中，雖用實際電流計算，但計算的是視在功率，而不是有功功率。因此，用視在功率計算節(jié)能效果是不對的。

3、作為電子電路，變頻器本身也要耗電

從變頻器的組成可以得知，變頻器本身具有電子電路，因此在運行時同樣耗電，雖然相對于大功率電機而言消耗較少，但其本身耗電也是客觀事實。根據(jù)專家測算，變頻器最大自身耗電量約為額定功率的3-5%。一臺1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來也有20-30W，相當(dāng)于一盞長明燈 。

三、總結(jié)

綜上所述，變頻器在工頻下運行具有節(jié)電功能是事實，但是他的前提條件是：第一,大功率并且為風(fēng)機/泵類負載;第二，裝置本身具有節(jié)電功能(軟件支持);第三，長期連續(xù)運行。這是變頻器能體現(xiàn)出節(jié)電效果的三個條件。

節(jié)能降耗是制造業(yè)永恒的目標(biāo)和宗旨，但對于工業(yè)企業(yè)，應(yīng)該了解在哪些情況下應(yīng)該使用變頻器，哪些場合不適宜使用變頻器，以及綜合考慮變頻器的配置總量，變頻器過多配置帶來的諧波危害已成為共識。因此要合理使用變頻器，從而真正實現(xiàn)節(jié)能降耗以及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。