用了變頻器就節(jié)能了嗎？變頻器節(jié)能終極優(yōu)化策略

對于機器控制和其它應用，使用變頻器控制電機轉速可以節(jié)約能源，但這并不像添加一臺變頻器那么簡單。要提高電機控制系統的效率，還需要考慮哪些因素？

除了現代變頻器（VFD）具有的諸多功能外，類似以60Hz以外的轉速運行交流感應電機也是一件很棒的事情。通過降低電機轉速以滿足應用需求，變頻器降低了保持負載移動所需的功率。最重要的是變頻器不以滿負荷運行，從而節(jié)省能源。

對上述信息，大多數人都已經很熟悉了，因為也無需爭論是否應該使用變頻器。假設變頻器采購已經完成，但這就是使用變頻器來省錢的全部嗎？就像生活中的大多數事情一樣，情況要比這復雜得多。如何充分利用變頻器裝置以實現節(jié)能？

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正確安裝變頻器

首先，需要簡要討論一下正確安裝變頻器的必要性。如果因安裝不當，變頻器發(fā)生爆炸或熔斷，那沒人能通過降低能源成本來省錢。許多變頻器制造商都樂于為經過他們審查或工廠培訓的人員安裝和接線的產品提供延長保修服務。作為一名工廠培訓師，我強烈建議采用被派往工廠實習、且學習正確安裝變頻器所有細節(jié)的安裝人員。培訓應包括諸多不同場景，以避免錯誤操作帶來的風險。

正確安裝可以減少問題出現并延長變頻器的壽命。一個好的安裝技術人員會注意到可能導致變頻器過早發(fā)生故障的問題，如環(huán)境溫度高、電機引線長度長和功率因數校正電容等。如果可以避免早期報廢，一些變頻器可以使用很長時間，從而大大提高投資回報率。

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電機-變頻器系統的選型注意事項

變頻器本身是節(jié)能不可或缺的關鍵組件，但它只是整個裝置的一部分。另外兩個最重要的部分是驅動負載的電機以及連接變頻器和電機的電纜。

首先，確保電機能夠處理變頻器所發(fā)送的脈寬調制（PWM）電壓。一些較老的電機除了效率低下外，其絕緣系統也比較差，可能無法應對變頻器產生的電壓，并且因電機引線過長而加劇。一般來說，任何電機引線超過100米的應用，都應考慮在電機和變頻器之間安裝輸出電抗器，以確保定子的第一匝（絕緣最薄的地方）不會發(fā)生故障。像許多事情一樣，需要考慮一個折衷方案。任何一種輸出濾波（如負載電抗器）都可能會造成損失。然而，有時效率輕微下降是值得的，因為可以延長電機的使用壽命。

另一個需要考慮的因素是電機規(guī)格。應用需要一個能夠連續(xù)傳遞負載所需扭矩的電機。規(guī)格適中比過大的電動機更可取。負載不足的電機可能會受到較差的功率因數的影響，這會大大降低整個系統的效率。規(guī)格過大的電機可能會讓人放心，因為所有組件的熱損失都遠低于其閾值，所以系統不會很快出現故障，但規(guī)格合適的電機會更高效。如果選型和安裝正確，規(guī)格合適的電機也可以延長使用壽命，因此權衡的重點是選擇最合適的電機。

電機電纜的注意事項通常與電纜長度和規(guī)格有關。應查閱變頻器制造商的安裝文件，找到合適的電纜規(guī)格。如前所述，除非采取預防措施，否則引線過長會導致電機過早故障。阻抗較大的變化可能會導致來自變頻器的PWM脈沖（具有其相應的高dv/dt值）的反射點。這不是一件要么全有要么全無的事情。阻抗差越大，反射的脈沖越多。有時，唯一的解決方案是通過濾波來抑制脈沖的陡峭dv/dt。同樣，濾波本身也會帶來能量損失和額外的安裝成本。

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變頻器的自動調諧

通常，電機的額定轉速越接近同步轉速，電機的效率就越高。為了優(yōu)化電機的運行，變頻器需要電機額定滑差的準確值。在連接到電機時，變頻器進行良好的自動調諧，可以產生非常好的電機滑差值。

為了從新變頻器中獲得最佳的每安培扭矩性能，需要進行適當的自動調諧。變頻器的有效自動調諧程序，將有助于驅動器在變頻器中建立良好的電機模型。從工廠來看，變頻器很可能是為與其規(guī)格匹配的典型電機設置的。這意味著變頻器中的電機額定電流值將基于NPPA 70：NEC規(guī)定的電壓和功率值。除此之外，電機模型還需要繞組和磁場的預期損耗值。電機銘牌上很少規(guī)定損耗等數值。這些損耗值被命名為“線間電阻（Ω）”和“漏電感（%）”。

▲新型變頻器的自動調諧操作很簡單，可以更有效地控制電機。

在將一些典型的銘牌值輸入變頻器后，最好讓變頻器在電機上進行測試?？梢钥隙ǖ氖?，最終結果將顯示：運行在與預調電機相同的轉速和負載時，輸出電流會減少。強烈建議在沒有任何負載的電機上運行自動調諧功能。附加負載會使電流和滑差測量值發(fā)生偏差。由于電阻隨溫度變化，自動調諧電機的內部溫度也最好接近其正常運行溫度。

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如何處理系統中的負載波動？

幫助變頻器從應用中獲得最佳效率的另一種方法是培訓它如何處理負載波動的情況。在低負載運行期間，將輸出電壓降低到最佳點有助于最小化功耗并最大限度地提高效率。變頻器中的節(jié)能模式可以幫助最大限度地提高效率，尤其是風扇和泵中的V/Hz應用。將節(jié)能視為扭矩提升的倒數可能會有所幫助。一種是從正常水平增加電壓以增加輸出轉矩，另一種是降低電壓以最小化功率，從而更有效地利用電能。

▲在低需求工況下停運變頻器有助于節(jié)約能源。

有時，如果負載過低，變頻器可能需要停止運行。這就是所謂的“休眠”。之所以被稱為休眠，是因為盡管變頻器輸出關閉，但它仍處于運行狀態(tài)，并進行監(jiān)控，以確定在條件滿足時能夠再次喚醒以驅動負載。這類操作在泵送應用中很常見，其中泵的應用可以根據需求或一天中的時間而改變。變頻器需要編程確定在哪些狀態(tài)下（例如以最低轉速運行或輸出壓力過低時）才能使其進入休眠或喚醒。

最后一種節(jié)能的可能性與俗稱的“待機功耗”有關。它指的是設備即使沒有打開也能消耗電源。想想液晶平板電視吧。即使設備沒有“打開”，也會消耗一定的剩余電源。也許它消耗的功率不大，不值得擔心，但想想還有多少其它設備在關閉時也會耗電。然后，將其乘以世界上所有的房屋和企業(yè)，擔憂就會累積起來。

同樣的原理也適用于變頻器。即使變頻器不運行，它也會通過整流器和母線電容器消耗一部分電流。一些制造商開發(fā)了一種功能，使用小型直流電源在短時期內為變頻器“大腦”供電，同時打開輸入斷路器。因為大腦仍然有電，所以每當收到新的運行命令時，它可以關閉輸入斷路器。也許一個變頻器在非運行期間消耗的功率不值得增加額外的設備，但如果你有50或100個變頻器呢？那么，電力浪費可能是非常嚴重的。

變頻器本身可以使電機轉速與負載需求相匹配，從而在節(jié)能方面取得巨大勝利。然而，還應考慮其它因素，如電機規(guī)格、電纜選擇、自動調諧和節(jié)能功能，以最限度地實現節(jié)能。

審核編輯：劉清