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本文綜述交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)對節(jié)能、環(huán)保、制造業(yè)（產(chǎn)量和質(zhì)量提升）、交通牽引及家用電器的重大貢獻。
1、變頻調(diào)速
　　交流電動機，特別是籠型異步電動機，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、制造成本和運行費用低、能在惡劣環(huán)境下可靠運行等一系列優(yōu)點。但是過去由于實現(xiàn)調(diào)速困難或者某些調(diào)速方式低效不夠理想，因此，長期以來在調(diào)速的領(lǐng)域仍被直流調(diào)速占領(lǐng)，交流電動機的優(yōu)點在調(diào)速傳動中未能獲得發(fā)揮。直到上世紀七十年代初，隨著電力電子、微電子（集成電路）和微機技術(shù)的飛速發(fā)展，人們長期渴望的變頻調(diào)速器實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

1.1 所謂變頻調(diào)速器——它將三相工頻（50Hz）交流電源（或任意電源）變換成　　三相電壓可調(diào)、頻率可調(diào)的交流電源，有時又將變頻調(diào)速器稱為變壓變頻裝置VVVF。主要用于交流電動機（異步機或同步機）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

1.2 一個交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻調(diào)速器驅(qū)動器交流電動機和控制器三大部分組成。其中關(guān)鍵核心設(shè)備是變頻調(diào)速器，由它來實現(xiàn)電動機電壓和頻率的平滑變化。

1.3 變頻調(diào)速在調(diào)頻范圍、靜態(tài)精度、動態(tài)品質(zhì)、系統(tǒng)效率、完善的保護功能、容易實現(xiàn)自動控制和過程控制等諸方面是以往的調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速、滑差調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等*的。它是*的交流電動機zui有前途的調(diào)速方案，代表今后電氣傳動的發(fā)展方向。

1.4 近三十多年來變頻調(diào)速已在鋼鐵、冶金、石油、化工、紡織、化纖、輕工、造紙、橡膠、塑料、電力、水務(wù)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。低壓電動機變頻調(diào)速應(yīng)用已非常普及和成熟。高壓電動機變頻調(diào)速也正在被人們關(guān)注和逐步應(yīng)用。交流電動機變頻調(diào)速除了有的調(diào)速性能之外，還有顯著的節(jié)約電能和保護環(huán)境等重大作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。

2、變頻調(diào)速與風機水泵節(jié)能
2.1 電力供應(yīng)與需求矛盾（供不應(yīng)求）存在較大電力缺口，需要節(jié)電。
　　根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，2002年我國發(fā)電裝機容量319億kW，年發(fā)電量13466億kWH。雖然電力規(guī)模列*二位，但人均用電量卻為世界倒數(shù)位置。況且我國經(jīng)濟快速發(fā)展需求更多的電力。若按國民經(jīng)濟增長8%要求電力增長11%計算，到2010年我國發(fā)電容量應(yīng)為5.7~6.0億kW，年發(fā)電量達28000~29000億kWH。2003年夏季持續(xù)高溫造成部分省市電力供應(yīng)緊張，被迫采取拉閘限電措施。由于電力網(wǎng)負擔過重，造成局部電力系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。
以上說明，我國電力供需不平衡，供小于求。因此，需要節(jié)約用電。

2.2風機水泵變頻調(diào)速節(jié)能效益
2.2.1 我國電動機總裝機容量達4.5億kW，約消耗全國65%發(fā)電量。因此如何實現(xiàn)電動機節(jié)電就非常重要。一般電機節(jié)能有二個途徑：一是提高電機本身效率達到長期運行，主要用于恒速機械；另一個是提高電機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機在zui節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行。

2.2.2 風機水泵和壓縮機是國民經(jīng)濟生產(chǎn)中量大面廣的電動機驅(qū)動設(shè)備，總電機容量達1.5億，用電量占全國發(fā)電量的35%左右，其中約20%~30%風機水泵需要調(diào)速。

2.2.3 變頻調(diào)速是風機水泵節(jié)能的*方案。根據(jù)流體理論，離心式風機水泵的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。當轉(zhuǎn)速降低后，其消耗功率會大幅下降，例如50%轉(zhuǎn)速時，軸機械功率僅為12.5%。當然不同，調(diào)速方案的效率相差很大，滑差后液力調(diào)速裝置效率不高，η≈（1-S），在50%轉(zhuǎn)速時，ηvs≈50%，而變頻調(diào)速器效率，效率因數(shù)高，ηvvvF≈95%~98%，而且近似不變。所以在諸多調(diào)速方案中變頻調(diào)速節(jié)能效益*，理應(yīng)為方案。
[舉例]同一風機水泵，100%轉(zhuǎn)速流量時，軸功率為100%；50%轉(zhuǎn)速流量時，軸功率降為50%。
　　若采用擋板，閥門控制到50%流量，仍需從電網(wǎng)吸入70-80%的功率；若采用滑差低效調(diào)速到50%，則需從電網(wǎng)吸入≈25%的功率；若采用變頻調(diào)速到50%流量，僅需從電網(wǎng)吸入10%功率。

2.2.4 風機水泵調(diào)節(jié)流量方法多種多樣，各有特點，但歸納起來可分為三大類型：
（1）傳統(tǒng)的機械方法調(diào)節(jié)風機的擋板，導(dǎo)流器以及水泵的閥門開啟度；
（2）采用電磁轉(zhuǎn)差離合器或液力耦合器調(diào)節(jié)風機水泵的轉(zhuǎn)速（而電動機恒速運轉(zhuǎn)）；
（3）交流電動機變頻調(diào)速方案。
下表系三大類型風機水泵調(diào)節(jié)流量方法比較及結(jié)論意見。（見表1）



2.2.5 當今更應(yīng)該在大容量高壓電動機驅(qū)動的風機水泵和壓縮機上推廣應(yīng)用高壓變頻調(diào)速節(jié)能。理由很簡單，在節(jié)電率百分比相同的情況下裝機容量愈大，其節(jié)電量也愈大。

3．變頻調(diào)速與環(huán)境保護：
3.1 電動機驅(qū)動是電能消耗的大戶，在中國占全部用電量的60%以上。過度的電力消耗使得煤炭和石油（天然氣）燃料枯竭，同時由于CO2和NO2的大量排放，造成污染環(huán)境，破壞臭氧層，影響甚至危及人類的生存。
人類不斷地從對生存環(huán)境的破壞和對能源資源的浪費過程中接受了慘痛的教訓，于是保護人類生存環(huán)境成為*人民共同的呼聲，掀起了減少節(jié)約能源和環(huán)境保護，造福于社會的浪潮。1972年，瑞典斯德哥爾摩*屆世界人類環(huán)境宣言以及1994年日本京都協(xié)議，規(guī)定所有簽約國應(yīng)使其國家的CO2及其它產(chǎn)生溫室效應(yīng)的有害氣體排放量控制在1990年的水平。充分說明環(huán)境保護的重要性和*人民的關(guān)注。

3.2 據(jù)估計，電氣產(chǎn)品對環(huán)境污染的影響約占30%左右，因此節(jié)省電能，減少浪費便成為履行京都協(xié)議承諾的重要因素，變頻調(diào)速和變頻技術(shù)能發(fā)揮些什么作用和貢獻呢？
(1)推廣風機水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)可達到20%~30%的節(jié)電率，這樣可以少建火電廠，少發(fā)電，即少排放SO2、SO、CO2及灰塵，減少大氣環(huán)境污染；
(2)牽引變頻機車應(yīng)用，不用燃煤和燒油，減少排放污染；
(3)發(fā)展城市軌道交通（地鐵和磁懸浮列車）和燃料電池汽車，減少CO2排放。
(4)提倡采用電動自行車（無刷直流電機、自制式變頻調(diào)速），停用燃油助動車等。

４．變頻調(diào)速與制造業(yè)生產(chǎn)：
4．1變頻調(diào)速可提高產(chǎn)量
　　交流電動機設(shè)計在氣隙磁通近似不變的條件下，電機允許超速5－10％長期運行（20％短時試驗）。例如，某些國家電機可以在50/60Hz下長期運行（當然應(yīng)保證V／F＝Cont），只要電機軸承能夠承受，提高5－10％轉(zhuǎn)速是可行的。我公司某化纖廠結(jié)合變頻調(diào)速改造，適當提高變頻器的輸出頻率，已帶來可觀的增產(chǎn)效果。


（２）變頻調(diào)速可提高產(chǎn)品質(zhì)量
　　變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，對于化纖紡絲機、紡織印染聯(lián)合機、造紙機和注塑機等多單元同步傳動或比例同步（牽伸）傳動非常適用，既有之前直流機傳動的性能，又有交流機堅固、可靠、維護簡單的特點，使得產(chǎn)品的質(zhì)量有較大的提升。自動化程度提高，減輕工人勞動強度。
（3）變頻調(diào)速與某些特殊加工設(shè)備
　　由于變頻技術(shù)進步，變頻調(diào)速更適宜用于惡劣環(huán)境（爆炸、腐蝕、水下核輻射等）無升速齒輪的甚高速或無降速齒輪的甚低速，以及位置控制（變頻伺服系統(tǒng)，步進系統(tǒng)，機械手和機器人）系統(tǒng)。

5、變頻調(diào)速與軟起動、軟起動、軟停止
5.1 電力網(wǎng)和生產(chǎn)工藝需要電機軟起動、軟停止
5.1.1 交流電動機的起動電流一般為5-7倍額定電流，如果直接起動會對電網(wǎng)引起沖擊，影響同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備的正常運行。另外巨大的起動電流對電動機和機械設(shè)備也會造成嚴重的電磁應(yīng)力和機械應(yīng)力，縮短設(shè)備的使用壽命，因此電力系統(tǒng)希望能夠軟起動（特別是高壓大容量電動機）。
5.1.2 某些加工機械，例如自動流水生產(chǎn)線（瓶、罐包裝線，輸送機等），要求平穩(wěn)起動和停車以免相互碰撞倒歪；水泵為了防止水錘、喘振現(xiàn)象，也希望軟起動和軟停止（是“泵控特性”的軟起動和軟停止）。

5.2變頻器用作軟起動器的特點
　　不同于電子固態(tài)電動機軟起動器，因為變頻器起動時，電動機的電壓和頻率同時改變，可以維持電動機的磁通不變（電子式軟起動器只變壓不變頻，故電機在削弱磁通下起動），因此變頻器軟起動具有更大的起動力矩。非常適合用于重負載、大慣性的設(shè)備，例如：高爐風機等。這種場合電子式電動機軟起動器性能*或根本不能勝任的變頻器既可軟起動又可調(diào)速，應(yīng)用前景十分看好。目前因價格因素尚不能廣泛推廣，除非個別的重載起動和大慣量起動場合外，變頻器不單作軟起動器來使用。也許若干年后，待變頻器進一步降價會普遍地應(yīng)用。

6、變頻調(diào)速（含變頻器技術(shù)與家用電器）
　　在普通家庭中，耗電比重zui大的是空調(diào)器，其次是電熱器具，zui后是照明和視聽電器等，變頻調(diào)速（含變頻技術(shù)）也能發(fā)揮節(jié)約電能和保護環(huán)境的作用。

6.1 變頻空調(diào)器——由于配置了變頻器（有常規(guī)的它制式變頻器和自制式變頻器，即直流無刷電動機調(diào)速兩種），不停壓縮機能夠連續(xù)控制壓縮機的制冷量，實現(xiàn)有效的運轉(zhuǎn)，有利于節(jié)能。另外，變頻空調(diào)器的快速性和舒適感非常好，也有利于環(huán)保。

6.2 高頻電磁灶和電飯煲——利用變頻技術(shù)產(chǎn)生（20-30）KHZ高頻電源使電飯煲本身電磁感應(yīng)（IH-Induction heating）加熱方式，其烹調(diào)熱效率達80%左右（比早先的電阻加熱器的電飯煲效率提高30%），有利于節(jié)能。

6.3 變頻式照明設(shè)備——利用變頻技術(shù)產(chǎn)生（20-70）KHZ高頻電源給日光燈，可節(jié)省15%電功率，同時可做到立即點亮，沒有工頻日光燈的內(nèi)爍，適于工作或?qū)W習，也有利于環(huán)保。

6.4 其他家用電器例如變頻冰箱，變頻洗衣機、變頻微波爐等也已相繼出現(xiàn)。


[結(jié)語]：
　　據(jù)統(tǒng)計，2000年中國變頻器市場銷售額大約30億人民幣（60%應(yīng)用于風機水泵節(jié)能），僅占需求量的15%左右，因此變頻器市場非?？春?，今后發(fā)展趨勢大致為：主控一體化、裝置小型化、綠色電源（EMC電器兼容）環(huán)?；?、設(shè)備裝置化和系統(tǒng)化。此外，成本低價化利于進一步推廣應(yīng)用。