淺析工業企業對變頻器節能節電的理解誤區

變頻器(Variable-frequency Drive，VFD)是應用變頻技術與微電子技術，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、驅動單元、檢測單元、微處理單元等組成。

相對于工業化國家來說，我國變頻器行業起步比較晚，到20世紀90年代初，國內企業才開始認識變頻器的作用，并開始嘗試使用，國外的變頻器產品正式涌進中國的市場。隨著變頻技術的普及和大規模應用，我國迅速掌握了變頻器的制造技術，現國內品牌也大量占據著變頻器產品市場。中國對于變頻器從開始應用到大規模普及已經長達二十年時間。

一、工控變頻器的節能節電原理

1、 通過調節轉速節能：工業企業為保證生產裝置的可靠性，驅動能力較設計負荷都留有一定的裕量。因此，就會出現很多電機并非在滿負荷狀態下運行，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。

假設電機轉速從 N1 下降到 N2，則其軸功率 P將變為：

P2/ P1 = (N2/N1)3

由此可見，通過降低電機轉速的方式便可實現立方級的節能效果。

2、通過動態調整效率節能：變頻器自身配置的測控輸出功能持續監測負載變動，并迅速作出調整以適應負載的變動，從而使電機的輸出始終保持高效率。

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

4、 通過軟啟動功能節能：眾所周知，電機在全壓啟動時，根據電機的啟動力矩要求，從電網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，而且對電網電壓產生較大的波動，電網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備的大幅沖擊，減少了設備壽命損耗。

5、通過提高功率因數節能：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，變頻器對電網的阻抗特性呈阻性，提高了功率因數，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，變頻器作為一種優秀的技術創新，從根本上來說是非常值得大力推廣的。

二、對變頻器節能節電的認識誤區

由于變頻技術的大力推進，以及變頻器商家的大力宣傳，一些工業企業已在潛意識中將使用變頻器與節能節電畫上等號。然而，在實際使用中，由于面臨的情況不同，很多企業在實踐中逐步發覺不是所有應用變頻器的地方都能節能節電。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?

1、變頻器在所有類型電機上使用均能節電

變頻調速器能否實現節電，是由其負載的調速特性決定的。對于離心機、風機、水泵類負載屬于二次方轉矩負載，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速的三次方成正比。可見，對于二次方轉矩負載，變頻調速器節電效果最為突出。

對于恒轉矩負載，例如羅茨風機等，轉矩與轉速的大小無關。一般設置一個排風口通過閥門控制，當風量超出需求時，排出多余風量從而實現調節。這種情況下可以采用調速運行，同樣也可以達到節電的效果。另外對于恒功率負載，功率與轉速的大小無關。這些情況下就沒必要投用變頻器。

2、關于能耗計算時方法錯誤形成的誤區

很多企業在計算節能成效的時候，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，采用變頻調速后，滿負荷運行時的功率因數約提高至0.99，此時測量電流為173A，導致電流降低的原因是變頻器內部濾波電容改善了系統功率因數。

按照視在功率計算節能效果如下：

ΔS=UI=380×(194-173)=7.98kVA

節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。考慮到電路中的系統電抗，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，在提高了功率因數后，電機的負載并沒有發生變化，電機的效率同樣也沒有發生變化，從而，電機實際消耗功率也不會發生變化。同樣功率因素提高后，對于電機的運狀態、定子電流以及有功和無功電流也都沒發生改變。那么功率因數是如何提高的呢?原因就在于變頻器內部的濾波電容上，電機的部分消耗就是使用了濾波電容所產生的無功功率。功率因數的提高，減少了變頻器的實際輸入電流，同樣降低了電網的線損和變損。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匹的空調自身耗電算下來也有20-30W，相當于一盞長明燈 。

三、總結

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

節能降耗是制造業永恒的目標和宗旨，但對于工業企業，應該了解在哪些情況下應該使用變頻器，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，從而真正實現節能降耗以及可持續發展的戰略。