0 引 言

    變頻器是利用電力半導體器件的通斷功能將工頻交流電源變換為另一頻率的電能控制裝置，是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器，在電機拖動領(lǐng)域主要用于交流電動機的調(diào)速控制。變頻器自20世紀60年代問世以來，已廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)多種類型交流電動機控制領(lǐng)域中，并取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。與此同時，由于其控制理論的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)了變頻器的多種控制方式，因此在其使用過程中，正確認識其在控制交流電動機調(diào)速方面起到重要作用的同時，也存在一定認識上的誤區(qū)，供同行參考。

1 作 用

    根據(jù)電機學原理可知，交流電動機的轉(zhuǎn)速公式為：

    n = 60 f（1－S）/P

    式中：f—電動機定子供電頻率；
    P—電動機極對數(shù)；
    S—電動機轉(zhuǎn)差率。

    從公式可以看出，若均勻地改變交流電動機定子供電頻率f，則可以平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。變頻器正是根據(jù)交流電動機的這一原理而研制生產(chǎn)并不斷發(fā)展的，它是一種串聯(lián)于交流電源與交流電機之間的功率變換器，利用電力半導體器件的通斷功能將工頻交流電源變換為另一頻率的電能控制裝置，其根本作用就是使其拖動的交流電動機進行調(diào)速運行。對其性能的通用表述一般是說變頻調(diào)速具有效率高、調(diào)速范圍寬、精度高、調(diào)速平穩(wěn)、無級變速等優(yōu)點。變頻器的控制方式也在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在由標量控制向高動態(tài)性能的矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制方面的發(fā)展。交流電動機所拖動的生產(chǎn)機械負載特性一般可劃分為平方轉(zhuǎn)矩﹑恒轉(zhuǎn)矩﹑遞減功率﹑負轉(zhuǎn)矩和恒功率等幾類機械特性，變頻器絕大多數(shù)應(yīng)用于平方轉(zhuǎn)矩﹑恒轉(zhuǎn)矩負載的調(diào)速領(lǐng)域，而且節(jié)能效果一般比較顯著，這是因為前者轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的減少而平方遞減；后者轉(zhuǎn)矩恒定，輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比。但是事實上到底能節(jié)能多少，還應(yīng)具體問題具體分析，全面系統(tǒng)客觀論證，不能以偏概全，甚至得出嚴重脫離能源守恒定律的節(jié)能結(jié)論。在正確認識變頻器的優(yōu)越調(diào)速性能的同時，也要看到其本身存在的能量損耗問題以及對電網(wǎng)的諧波污染等問題，否則很容易在認識上產(chǎn)生誤區(qū)。

2 認識誤區(qū)

    隨著電氣自動化技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展，新型電力電子元器件和高性能微處理器不斷升級換代與應(yīng)用，變頻器在交流電動機拖動領(lǐng)域的使用日益廣泛，在調(diào)節(jié)交流電動機速度方面愈加顯示出其性能優(yōu)越、節(jié)能效果明顯的優(yōu)點，但同時由于其技術(shù)上一定的復雜性、控制方式的多樣性，及推廣應(yīng)用中的過于完美化的宣傳，使其在實際應(yīng)用中也存在許多認識上的誤區(qū)及錯誤做法，尤其在節(jié)能節(jié)電量及應(yīng)用范圍上有許多偏頗的觀點。

    （1）認為只要使用了變頻器就可大量節(jié)電節(jié)能我們知道能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變，即能量守恒。同樣變頻器的使用也是要遵循能量守恒定律的。由于交流電動機所拖動的生產(chǎn)機械負載特性千差萬別，并不是所有的生產(chǎn)機械從工藝要求都要進行調(diào)速，因此變頻器的使用是有一定范圍的，這一點必須明確。但是由于變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換裝置及在一些調(diào)速場合的優(yōu)越性能表現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域場合的不斷擴大，再加上一些夸大其詞的節(jié)能宣傳，現(xiàn)在還有一定比例的人認為交流電動機只要使用了變頻器都可大量節(jié)電節(jié)能，所以新增變頻器時科學論證不夠，以致出現(xiàn)嚴重的投資錯誤。曾有一家水泥企業(yè)，其篦冷機系統(tǒng)8臺風機系統(tǒng)原來設(shè)計在進風口處用風門調(diào)節(jié)閥進行風壓風量調(diào)節(jié)，由于8臺風機的規(guī)格選型相對于最佳工藝生產(chǎn)時并沒有過多的富余量，正常生產(chǎn)時8臺風機的進風口處風門調(diào)節(jié)閥的開度大都在95%以上，該水泥企業(yè)卻在這些風機只要新增改造變頻器就可大量節(jié)電的觀點影響下，投資一百多萬元把這些風機全部改造為變頻調(diào)速，但事實上改造前后節(jié)電效果并不明顯，隨后又由于新增余熱發(fā)電系統(tǒng)的投入運行、工藝風量需求的增加，8臺風機的變頻調(diào)速大多時間在50 HZ頻率全速運行，只有在工況不正常時才把運行頻率即運行速度降下來，基本上背離了變頻調(diào)速節(jié)電的目的。考慮到新增變頻器的投資及其自身電能損耗，綜合分析，我們認為利用原來風機的進風口處風門調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)滿足工藝需求還是比較經(jīng)濟合理的，風門調(diào)節(jié)閥相對于變頻器在某些場合并不是一無是處。

    如想用變頻調(diào)速達到節(jié)能節(jié)電的目的，一定要考慮到實際的工況及工藝需求，進行科學分析，要實事求是地運用能量守恒定律論證對比，切不可不分青紅皂白，人云亦云，脫離實際，盲目認為交流電動機不分場合只要使用了變頻器就可大量節(jié)電節(jié)能，甚至得出變頻器就是“百分之百節(jié)電器”的錯誤結(jié)論。

   （2） 過分依賴使用變頻器解決交流電動機“大馬拉小車”問題

    縱觀我國廣大工業(yè)企業(yè)，在許多工藝現(xiàn)場，還不太重視電動機功率大小的選取及其與設(shè)備的最佳匹配問題，致使“大馬拉小車”現(xiàn)象還大量客觀存在。為此，許多人就依賴使用變頻器解決交流電動機“大馬拉小車”的問題。我們認為這種做法在一定范圍內(nèi)還是可取的，但過分依賴就不好了，因為不僅存在變頻器自身損耗及效率問題，電機拖動的機械設(shè)備也存在對應(yīng)于一定轉(zhuǎn)速的效率問題。對一些“大馬拉小車”的機械設(shè)備，如果不經(jīng)認真計算論證具體問題具體分析，就用添加變頻器的方法解決應(yīng)對，可能就會適得其反。某建材企業(yè)原是一臺37 kW的潛水電泵加水塔的供水系統(tǒng)，根據(jù)水塔內(nèi)高低水位控制潛水電泵間隔開停，供應(yīng)全廠生產(chǎn)工序用水，由于原配潛水電泵的37 kW電動機運行時基本在滿負荷狀態(tài)，有時還有點輕微過電流（和電機銘牌數(shù)據(jù)相比），一次電動機因缺相燒毀，該企業(yè)分管領(lǐng)導就擅自作主根據(jù)電泵直徑和安裝尺寸訂做了一臺45 kW的電動機更換了原37 kW的電動機，和45 kW電動機的額定電流相比，潛水電泵運行電流是不高了，但因為潛水電泵的泵體還是原來的泵體，就帶來了“大馬拉小車”的新問題，于是后來聽信用變頻器改造水泵為恒壓供水可以解決“大馬拉小車”的問題并且調(diào)速節(jié)能的傳言，就又新增投資改成了變頻器恒壓供水系統(tǒng)并廢除了原水塔，這樣一來，在工序相同用水量的情況下，通過數(shù)據(jù)對比，水泵用電量反而比原來增加了15%。筆者認為此案例中有幾個錯誤做法：

    a、37 kW的水泵電動機更換為45 kW的電動機，雖然和電動機銘牌數(shù)據(jù)相比，原配潛水電泵的37 kW機有點輕微過電流，但筆者認為這和潛水電泵的揚程、流量、管路阻力等有關(guān)，可以適當調(diào)小潛水電泵出口管路中的調(diào)節(jié)閥門開度從而降低水泵的流量及電動機運行電流，電動機燒毀的真正原因是因為缺相而不是電動機過電流，更換大功率電動機是明顯犯了“張冠李戴”的錯誤，人為造成了“大馬拉小車”。

    b、電動機后的潛水電泵又用變頻器解決其“大馬拉小車”問題。潛水電泵自身的效率和其轉(zhuǎn)速是密切相關(guān)的，轉(zhuǎn)速降低時其自身效率就會大幅度降低，再考慮到變頻器的自身損耗及效率問題，綜合分析，用新增變頻器的恒壓供水系統(tǒng)代替原水塔供水方式也是錯誤的，將燒壞的37 kW電動機修復再與“大馬拉小車”的45 kW的電動機更換應(yīng)該是最佳方法，因為實踐已經(jīng)證明水塔供水的系統(tǒng)效率是高于變頻器恒壓供水系統(tǒng)效率的。解決工藝現(xiàn)場中大馬拉小車的問題，有時更換電機或設(shè)備比增加變頻器更高效節(jié)能。

  （3）選用變頻器時過于注重價格，忽略了變頻器的 性能優(yōu)劣及諧波污染問題變頻器使用中的最突出問題就是產(chǎn)生諧波干擾即諧波污染。雖然各變頻器廠家對變頻器諧波的治理均采取了措施且基本上達到國家標準要求，但諧波仍然是變頻器選型和使用中最需要值得關(guān)注的問題，再加上市面上還客觀存在相當數(shù)量的性能低劣的“山寨版”變頻器，因此選用變頻器時絕對不能太過于注重價格不關(guān)心性能優(yōu)劣，而應(yīng)性能價格兼顧，綜合比較分析，科學論證，否則，就容易本末倒置，適得其反。某水泥企業(yè)有一臺箱式脈沖袋收塵器，為了便于調(diào)整工藝用風，就決定為其引風機新增變頻器調(diào)速，先是外購了一臺價格較便宜的變頻器，可是增加后，只要用變頻器啟動運行引風機電機，袋收塵器的脈沖反吹系統(tǒng)就失靈，該變頻器產(chǎn)生了嚴重的諧波電磁干擾，用了多種辦法也沒消除，最后從另一臺臨時停用的設(shè)備上應(yīng)急拆下另一品牌的變頻器進行更換試驗，問題才得到較好解決。這樣就很容易看到兩臺變頻器的性能存在著明顯的優(yōu)劣區(qū)別。

3 結(jié)束語

    隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，功能強大、性能優(yōu)越、環(huán)保節(jié)能、設(shè)計更加人性化的變頻器會不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用面會更加廣泛，正確認識其在控制交流電動機調(diào)速方面的作用至關(guān)重要，切勿走進認識和使用誤區(qū)。

    當前變頻器市場中，各種品牌廠家的產(chǎn)品繁多，性能價格各異，在一定范圍內(nèi)也存在良莠不齊、魚龍混雜的現(xiàn)實情況。正確認識，科學論證，以求真務(wù)實的態(tài)度，選用高性能價格比的變頻器產(chǎn)品就顯得尤為重要。