0 引 言

    變頻器是利用電力半導(dǎo)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器，在電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域主要用于交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。變頻器自20世紀(jì)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(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域中，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。與此同時(shí)，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(rèn)識(shí)其在控制交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方面起到重要作用的同時(shí)，也存在一定認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，供同行參考。

1 作 用

    根據(jù)電機(jī)學(xué)原理可知，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：

    n = 60 f（1－S）/P

    式中：f—電動(dòng)機(jī)定子供電頻率；
    P—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；
    S—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。

    從公式可以看出，若均勻地改變交流電動(dòng)機(jī)定子供電頻率f，則可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。變頻器正是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)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(jī)之間的功率變換器，利用電力半導(dǎo)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(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行。對(duì)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(wú)級(jí)變速等優(yōu)點(diǎn)。變頻器的控制方式也在不斷發(fā)展，主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動(dòng)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(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特性一般可劃分為平方轉(zhuǎn)矩﹑恒轉(zhuǎn)矩﹑遞減功率﹑負(fù)轉(zhuǎn)矩和恒功率等幾類機(jī)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(fù)載的調(diào)速領(lǐng)域，而且節(jié)能效果一般比較顯著，這是因?yàn)榍罢咿D(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(shí)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(yán)重脫離能源守恒定律的節(jié)能結(jié)論。在正確認(rèn)識(shí)變頻器的優(yōu)越調(diào)速性能的同時(shí)，也要看到其本身存在的能量損耗問題以及對(duì)電網(wǎng)的諧波污染等問題，否則很容易在認(rèn)識(shí)上產(chǎn)生誤區(qū)。

2 認(rèn)識(shí)誤區(qū)

    隨著電氣自動(dòng)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(jí)換代與應(yīng)用，變頻器在交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域的使用日益廣泛，在調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)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(diǎn)，但同時(shí)由于其技術(shù)上一定的復(fù)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(shí)際應(yīng)用中也存在許多認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)及錯(cuò)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(diǎn)。

    （1）認(rèn)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(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)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(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特性千差萬(wàn)別，并不是所有的生產(chǎn)機(jī)械從工藝要求都要進(jìn)行調(diào)速，因此變頻器的使用是有一定范圍的，這一點(diǎn)必須明確。但是由于變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換裝置及在一些調(diào)速場(chǎng)合的優(yōu)越性能表現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域場(chǎng)合的不斷擴(kuò)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(rèn)為交流電動(dòng)機(jī)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(shí)科學(xué)論證不夠，以致出現(xiàn)嚴(yán)重的投資錯(cuò)誤。曾有一家水泥企業(yè)，其篦冷機(jī)系統(tǒng)8臺(tái)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)原來設(shè)計(jì)在進(jìn)風(fēng)口處用風(fēng)門調(diào)節(jié)閥進(jìn)行風(fēng)壓風(fēng)量調(diào)節(jié)，由于8臺(tái)風(fēng)機(jī)的規(guī)格選型相對(duì)于最佳工藝生產(chǎn)時(shí)并沒有過多的富余量，正常生產(chǎn)時(shí)8臺(tái)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處風(fēng)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(fēng)機(jī)只要新增改造變頻器就可大量節(jié)電的觀點(diǎn)影響下，投資一百多萬(wàn)元把這些風(fēng)機(jī)全部改造為變頻調(diào)速，但事實(shí)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(yùn)行、工藝風(fēng)量需求的增加，8臺(tái)風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速大多時(shí)間在50 HZ頻率全速運(yùn)行，只有在工況不正常時(shí)才把運(yùn)行頻率即運(yùn)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(rèn)為利用原來風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處風(fēng)門調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)滿足工藝需求還是比較經(jīng)濟(jì)合理的，風(fēng)門調(diào)節(jié)閥相對(duì)于變頻器在某些場(chǎng)合并不是一無(wú)是處。

    如想用變頻調(diào)速達(dá)到節(jié)能節(jié)電的目的，一定要考慮到實(shí)際的工況及工藝需求，進(jìn)行科學(xué)分析，要實(shí)事求是地運(yùn)用能量守恒定律論證對(duì)比，切不可不分青紅皂白，人云亦云，脫離實(shí)際，盲目認(rèn)為交流電動(dòng)機(jī)不分場(chǎng)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(cuò)誤結(jié)論。

   （2） 過分依賴使用變頻器解決交流電動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”問題

    縱觀我國(guó)廣大工業(yè)企業(yè)，在許多工藝現(xiàn)場(chǎng)，還不太重視電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)“大馬拉小車”的問題。我們認(rèn)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?yàn)椴粌H存在變頻器自身?yè)p耗及效率問題，電機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備也存在對(duì)應(yīng)于一定轉(zhuǎn)速的效率問題。對(duì)一些“大馬拉小車”的機(jī)械設(shè)備，如果不經(jīng)認(rèn)真計(jì)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(duì)，可能就會(huì)適得其反。某建材企業(yè)原是一臺(tái)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(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)基本在滿負(fù)荷狀態(tài)，有時(shí)還有點(diǎn)輕微過電流（和電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)相比），一次電動(dòng)機(jī)因缺相燒毀，該企業(yè)分管領(lǐng)導(dǎo)就擅自作主根據(jù)電泵直徑和安裝尺寸訂做了一臺(tái)45 kW的電動(dòng)機(jī)更換了原37 kW的電動(dòng)機(jī)，和45 kW電動(dòng)機(jī)的額定電流相比，潛水電泵運(yùn)行電流是不高了，但因?yàn)闈撍姳玫谋皿w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(duì)比，水泵用電量反而比原來增加了15%。筆者認(rèn)為此案例中有幾個(gè)錯(cuò)誤做法：

    a、37 kW的水泵電動(dòng)機(jī)更換為45 kW的電動(dòng)機(jī)，雖然和電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)相比，原配潛水電泵的37 kW機(jī)有點(diǎn)輕微過電流，但筆者認(rèn)為這和潛水電泵的揚(yáng)程、流量、管路阻力等有關(guān)，可以適當(dāng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行電流，電動(dòng)機(jī)燒毀的真正原因是因?yàn)槿毕喽皇请妱?dòng)機(jī)過電流，更換大功率電動(dòng)機(jī)是明顯犯了“張冠李戴”的錯(cuò)誤，人為造成了“大馬拉小車”。

    b、電動(dòng)機(jī)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(shí)其自身效率就會(huì)大幅度降低，再考慮到變頻器的自身?yè)p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(cuò)誤的，將燒壞的37 kW電動(dòng)機(jī)修復(fù)再與“大馬拉小車”的45 kW的電動(dòng)機(jī)更換應(yīng)該是最佳方法，因?yàn)閷?shí)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(chǎng)中大馬拉小車的問題，有時(shí)更換電機(jī)或設(shè)備比增加變頻器更高效節(jié)能。

  （3）選用變頻器時(shí)過于注重價(jià)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(duì)變頻器諧波的治理均采取了措施且基本上達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)數(shù)量的性能低劣的“山寨版”變頻器，因此選用變頻器時(shí)絕對(duì)不能太過于注重價(jià)格不關(guān)心性能優(yōu)劣，而應(yīng)性能價(jià)格兼顧，綜合比較分析，科學(xué)論證，否則，就容易本末倒置，適得其反。某水泥企業(yè)有一臺(tái)箱式脈沖袋收塵器，為了便于調(diào)整工藝用風(fēng)，就決定為其引風(fēng)機(jī)新增變頻器調(diào)速，先是外購(gòu)了一臺(tái)價(jià)格較便宜的變頻器，可是增加后，只要用變頻器啟動(dòng)運(yùn)行引風(fēng)機(jī)電機(jī)，袋收塵器的脈沖反吹系統(tǒng)就失靈，該變頻器產(chǎn)生了嚴(yán)重的諧波電磁干擾，用了多種辦法也沒消除，最后從另一臺(tái)臨時(shí)停用的設(shè)備上應(yīng)急拆下另一品牌的變頻器進(jìn)行更換試驗(yàn)，問題才得到較好解決。這樣就很容易看到兩臺(tái)變頻器的性能存在著明顯的優(yōu)劣區(qū)別。

3 結(jié)束語(yǔ)

    隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越、環(huán)保節(jié)能、設(shè)計(jì)更加人性化的變頻器會(huì)不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用面會(huì)更加廣泛，正確認(rèn)識(shí)其在控制交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方面的作用至關(guān)重要，切勿走進(jìn)認(rèn)識(shí)和使用誤區(qū)。

    當(dāng)前變頻器市場(chǎng)中，各種品牌廠家的產(chǎn)品繁多，性能價(jià)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(shí)情況。正確認(rèn)識(shí)，科學(xué)論證，以求真務(wù)實(shí)的態(tài)度，選用高性能價(jià)格比的變頻器產(chǎn)品就顯得尤為重要。