什么要使用變頻器？

  那么，究竟為什么要使用變頻器呢？以及何種情況下，需要用到變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速呢？

  首先，讓我們來(lái)看幾個(gè)生活中經(jīng)常遇到的場(chǎng)景：

  如果去一些比較老舊的大樓里乘坐電梯，在啟動(dòng)和停止時(shí)，人們經(jīng)常會(huì)有比較強(qiáng)烈的沖擊感和眩暈，非常不舒服；而如果乘坐新型電梯，即使是高速電梯，乘客也已經(jīng)基本感受不到其啟停時(shí)的那種振動(dòng)和沖擊了，舒適性大大提高；

  以前電風(fēng)扇風(fēng)量是用檔位開關(guān)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)選擇的，有高、中、低檔，風(fēng)量從大到小，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也是一檔一檔由高到低；而現(xiàn)在的新型風(fēng)扇已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，風(fēng)量的大小再也沒(méi)有明顯的檔位，可以實(shí)現(xiàn)從高速到停止的無(wú)縫切換；

  燃油汽車0-100km/h的加速時(shí)間如果小于6s，基本上是和普通百姓無(wú)緣的，屬于高端奢侈消費(fèi)產(chǎn)品；而各類電動(dòng)汽車的橫空出世，直接把這個(gè)指標(biāo)縮短到5s以內(nèi)，并且將整體落地價(jià)格做到僅僅幾十萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)，讓消費(fèi)者輕松實(shí)現(xiàn)超跑夢(mèng)想。

  以上幾個(gè)例子在我們身邊觸手可及，雖然大家未必能看到實(shí)實(shí)在在的變頻器，但實(shí)際上在這些設(shè)備的背后或內(nèi)部，其實(shí)都有變頻器或者變頻裝置正在為大家默默的奉獻(xiàn)著。

  為什么曾經(jīng)讓人感到難受的電梯現(xiàn)在卻變得很舒適；以往難以獲得的推背感而今輕易就達(dá)到了呢？這其實(shí)都是因?yàn)樽冾l技術(shù)的應(yīng)用而帶來(lái)的效益和改善。

  通過(guò)使用變頻器，電梯改善了其啟動(dòng)/停止時(shí)的加速度曲線，讓轎廂的運(yùn)行更加平穩(wěn)，從而讓人們獲得更舒適的乘坐體驗(yàn)；借助變頻裝置對(duì)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使其運(yùn)轉(zhuǎn)和變速更加順暢、舒緩；混動(dòng)汽車加入變頻逆變裝置，將電池中的直流電變?yōu)榻涣麟?，?qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，輕松實(shí)現(xiàn)以前需要超大馬力發(fā)動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的加速度。

  而在工業(yè)領(lǐng)域，同樣也有著龐大基數(shù)的變頻器正在為改善人們的生活而服務(wù)于各行各業(yè)。

  簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，用戶使用變頻器主要是為了解決這幾個(gè)問(wèn)題：

  生產(chǎn)工藝需要

  變頻器需要在工業(yè)生產(chǎn)中，幫助機(jī)器設(shè)備完成一些最基本的應(yīng)用功能。

  ■速度控制

  由于生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)品物料的不同，設(shè)備需要靈活調(diào)整物料傳送的運(yùn)行速度。

  通過(guò)在物料輸送電機(jī)的電源側(cè)增加變頻器，借助其可變頻率的交流電輸出，即可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整物料輸送電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料傳送速度的靈活可調(diào)。

  如《什么是變頻器》一文中所說(shuō)：

（1-s）/p

  ●n為電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；

  ●f為電源頻率（Hz）；

  ●s為轉(zhuǎn)差率；

  ●p為電機(jī)繞組極對(duì)數(shù)；

  變頻器通過(guò)改變輸出電源頻率f，從而達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速n的目的。

  ■轉(zhuǎn)矩控制

  在一些諸如收放卷的應(yīng)用中，需要精確控制物料所承受的拉力，常規(guī)的方式是采用張力控制器（如磁粉張力控制器）；而現(xiàn)在越來(lái)越多的用戶開始采用變頻器來(lái)進(jìn)行張力控制。

  變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的理論依據(jù)主要是以下兩個(gè)式子：

  電機(jī)功率：

  ●P：功率（w）；

  ●U：電壓（V）；

  ●I：電源電流（A）；

：功率因數(shù)，即電壓與電流相位差角度的余弦函數(shù)；

  電機(jī)轉(zhuǎn)矩：

  ●T：電機(jī)轉(zhuǎn)矩（Nm）；

  ●P：電機(jī)功率（w）；

  ●n：電機(jī)轉(zhuǎn)速（rad/s）；

  從上面這兩個(gè)式子不難看出，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的電源電壓、電流和轉(zhuǎn)速，就可以達(dá)到控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的目的了。

  ▲并非所有的變頻器都能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，只有矢量控制型或直接轉(zhuǎn)矩控制型變頻器才支持轉(zhuǎn)矩控制。

  節(jié)能增效

  多數(shù)的風(fēng)機(jī)/水泵，如果需要進(jìn)行風(fēng)量或者流量的調(diào)節(jié)，只要不是一直保持在恒速運(yùn)行，那么使用變頻器就可以達(dá)到非常好的節(jié)能效果。

  以水泵為例，我們來(lái)看下這張圖：

  當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)腘1變到N2時(shí)，

  流量的變化關(guān)系如下：

（N2/N1）

  揚(yáng)程的變化關(guān)系如下：

（N2/N1）^2

  其電機(jī)軸功率P的變化關(guān)系如下：

（N2/N1）^3

  通過(guò)以上公式可以看到，電機(jī)的軸功率P是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成3次方關(guān)系的；即：

  電機(jī)轉(zhuǎn)速降低一半，功率將僅為原來(lái)的1/8！

  所以，對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載來(lái)說(shuō)，通過(guò)使用變頻器來(lái)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速是可以達(dá)到極為顯著的節(jié)能效果的。

  現(xiàn)在越來(lái)越多的游輪及工程船舶采用電力推進(jìn)裝置，通過(guò)使用變頻裝置將內(nèi)燃機(jī)發(fā)出的電力經(jīng)過(guò)整流逆變輸送給推進(jìn)電機(jī)，再帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)船舶的行進(jìn)。這種方式比起傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳的方式看起來(lái)似乎是多此一舉，增加了能源消耗；而實(shí)際上這恰恰是利用了電機(jī)的高效率及上述功率與轉(zhuǎn)速的3次方關(guān)系，在降低螺旋槳轉(zhuǎn)速的同時(shí)，大大降低了電機(jī)的輸出功率，同時(shí)讓內(nèi)燃機(jī)始終工作在高效率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

  另外，變頻器的使用，還可以讓電機(jī)對(duì)電網(wǎng)不再呈現(xiàn)為感性負(fù)載，將功率因數(shù)從0.6~0.8提升到0.96甚至0.98，這將極大的降低電機(jī)的無(wú)功損耗，有助于能源利用率的提高，并因此在節(jié)能方面起到巨大的作用。

  作為逆變電源

  自從電的發(fā)明以來(lái)，電能的儲(chǔ)存就只能以直流的方式進(jìn)行。如何將直流電轉(zhuǎn)為交流電供電氣設(shè)備使用，在變頻逆變裝置出現(xiàn)前一直都是個(gè)難題，難點(diǎn)并不是方案的實(shí)現(xiàn)，而在于效率的提升。

  以前直流電轉(zhuǎn)成交流電采用的是直流電機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)的方案，從能源轉(zhuǎn)化率來(lái)說(shuō)，直流電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的效率基本都在70-80%左右，再加上機(jī)械損耗，綜合效率充其量也就50-60%。而變頻器則不然，其自身的效率至少在90%以上，能源利用率大大提升。

  變頻器因?yàn)橛兄`活的頻率調(diào)節(jié)特性，許多行業(yè)都將其作為中頻電源并有著非常廣泛的使用，這應(yīng)該算是變頻器作為逆變電源的另一個(gè)應(yīng)用類型的分支吧。

  降低啟動(dòng)沖擊電流

  增加電機(jī)保護(hù)

  嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，降低沖擊電流及對(duì)電機(jī)的額外保護(hù)，其實(shí)是使用變頻器所帶來(lái)的額外福利，而并非初始目的。

  要知道，電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流可以達(dá)到電機(jī)額定電流的5-8倍，這種電流無(wú)論是對(duì)電機(jī)還是電網(wǎng)來(lái)說(shuō)都是一種傷害，對(duì)電機(jī)的供電裝置也是一種考驗(yàn)。而由于變頻器能夠?qū)︻l率進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)制，電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)可以按照變頻器設(shè)定的加速曲線進(jìn)行緩慢的速度增加，這就避免了電流的突變，可以讓電機(jī)啟動(dòng)電流長(zhǎng)時(shí)間保持在額定電流以下，直至啟動(dòng)完成。

  另外，現(xiàn)在變頻器都內(nèi)置過(guò)壓、過(guò)流、缺相、過(guò)載、過(guò)熱、接地、安全...等等各種形形色色的保護(hù)功能，盡管多數(shù)情況下我們幾乎感覺(jué)不到它們的存在，但是，這些功能在關(guān)鍵時(shí)刻卻可以對(duì)設(shè)備起到至關(guān)重要的保護(hù)作用。

  總之，變頻器的使用場(chǎng)景是在不斷的拓展的，現(xiàn)在的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了當(dāng)初發(fā)明者對(duì)其在功能上的設(shè)想，而如果我們以后在更多新的的場(chǎng)合看到變頻器的應(yīng)用，也應(yīng)該不需要感到太過(guò)意外。

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