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【科普】变频器节能节电的三大误区

天津广正汇通新能源科技有限公司2018-06-27 22:34:30

变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。


一、工控变频器的节能节电原理


1F
   通过调节转速节能


工业企业为保证生产装置的可靠性,驱动能力较设计负荷都留有一定的裕量。因此,就会出现很多电机并非在满负荷状态下运行,从而多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。对于这种状况,通过变频器调速功能可以降低电机的运行速度,从而使电机在维持恒压的同时降低电能的消耗。


假设电机转速从N1 下降到 N2,则其轴功率 P将变为:

P2/ P1 = (N2/N1)3 

 由此可见,通过降低电机转速的方式便可实现立方级的节能效果。


2F
   通过动态调整效率节能


变频器自身配置的测控输出功能持续监测负载变动,并迅速作出调整以适应负载的变动,从而使电机的输出始终保持高效率。


3F
   通过V/F功能节能


在保证电机输出力矩的情况下,变频自身可自动调节V/F曲线,减少了电机的输出力矩以及降低了输入电流,从而实现节能的目的。


4F
   通过软启动功能节能


众所周知,电机在全压启动时,根据电机的启动力矩要求,从电网吸收的电流约为电机额定电流的7 倍,而启动电流较大的话不仅浪费电力,而且对电网电压产生较大的波动,电网的不断波动也会增加线损和变损。通过变频器的软启动功能,电机启动电流可从0 逐步上升到电机的额定电流,有效缓和了启动电流对电网的冲击,不仅降低了大电流电能的浪费,也降低了启动惯性对设备的大幅冲击,减少了设备寿命损耗。

  

6F
   通过提高功率因数节能


大部分三相异步电动机都属于感性负载,由于电机在运行时大量吸收无功功率,造成功率因数较低。采用变频器后,其特性变成了:AC- DC -AC,通过变频器的整流滤波过程后,变频器对电网的阻抗特性呈阻性,提高了功率因数,从而减少了无功损耗。


综上而言,变频器在很多场合确实拥有一定的节能效果,甚至在某些场合效果极其显著。因此,变频器作为一种优秀的技术创新,从根本上来说是非常值得大力推广的。


二、对变频器节能节电的认识误区


由于变频技术的大力推进,以及变频器商家的大力宣传,一些工业企业已在潜意识中将使用变频器与节能节电画上等号。然而,在实际使用中,由于面临的情况不同,很多企业在实践中逐步发觉不是所有应用变频器的地方都能节能节电。那么造成这种情况的原因以及人们对变频器还有哪些认识误区?



1F
   变频器在所有类型电机上使用均能节电


变频调速器能否实现节电,是由其负载的调速特性决定的。对于离心机、风机、水泵类负载属于二次方转矩负载,才满足电机输出功率P∝Tn,P∝n3,即电动机轴上的输出功率与转速的三次方成正比。可见,对于二次方转矩负载,变频调速器节电效果最为突出。

       

对于恒转矩负载,例如罗茨风机等,转矩与转速的大小无关。一般设置一个排风口通过阀门控制,当风量超出需求时,排出多余风量从而实现调节。这种情况下可以采用调速运行,同样也可以达到节电的效果。另外对于恒功率负载,功率与转速的大小无关。这些情况下就没必要投用变频器。

       

2F
    关于能耗计算时方法错误形成的误区

     

很多企业在计算节能成效的时候,往往用视在功率计算无功补偿。例如一电机在工频情况下满负荷运行时,测量运行电流为194A,采用变频调速后,满负荷运行时的功率因数约提高至0.99,此时测量电流为173A,导致电流降低的原因是变频器内部滤波电容改善了系统功率因数。

       

按照视在功率计算节能效果如下:

ΔS=UI=380×(194-173)=7.98kVA


节能效果约为电机额定功率的11%左右。 

       

实际上视在功率S,是电压与电流的乘积关系,在电压相同的条件下,视在功率的变化情况与电流变化情况成正比。考虑到电路中的系统电抗,视在功率并非代表电机的实际消耗功率,而是代表理想状况下的最大输出能力,电动机实际消耗的功率通常用有功功率表示。


电机实际消耗功率是由电机及其负载决定的,在提高了功率因数后,电机的负载并没有发生变化,电机的效率同样也没有发生变化,从而,电机实际消耗功率也不会发生变化。同样功率因素提高后,对于电机的运状态、定子电流以及有功和无功电流也都没发生改变。那么功率因数是如何提高的呢?原因就在于变频器内部的滤波电容上,电机的部分消耗就是使用了滤波电容所产生的无功功率。功率因数的提高,减少了变频器的实际输入电流,同样降低了电网的线损和变损。在上述计算中,虽用实际电流计算,但计算的是视在功率,而不是有功功率。因此,用视在功率计算节能效果是不对的。

       

3F
    作为电子电路,变频器本身也要耗电

  

从变频器的组成可以得知,变频器本身具有电子电路,因此在运行时同样耗电,虽然相对于大功率电机而言消耗较少,但其本身耗电也是客观事实。根据专家测算,变频器最大自身耗电量约为额定功率的3-5%。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W,相当于一盏长明灯 。


三、 总 结


综上所述,变频器在工频下运行具有节电功能是事实,但是他的前提条件是:第一,大功率并且为风机/泵类负载;第二,装置本身具有节电功能(软件支持);第三,长期连续运行。这是变频器能体现出节电效果的三个条件。

       

节能降耗是制造业永恒的目标和宗旨,但对于工业企业,应该了解在哪些情况下应该使用变频器,哪些场合不适宜使用变频器,以及综合考虑变频器的配置总量,变频器过多配置带来的谐波危害已成为共识。因此要合理使用变频器,从而真正实现节能降耗以及可持续发展的战略。


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