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使用变频电机就真的可以省电吗?

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人气:-发表时间:2018-09-12 13:36【

一直都听别人说变频器能省电,说的人多了也就接受了,那到底省电不省电?

如果两个一模一样的电机都工作在50HZ的工频状态下,一个使用变频器,一个没有,同时转速和扭矩都在电机的额定状态下,那么变频器还能省电吗?能省多少呢?

答:对于这种情况,变频器只能改善功率因数,并不能节省电力。

1、变频不是到处可以省电,有不少场合用变频并不一定能省电。

2、作为电子电路,变频器本身也要耗电(约额定功率的2-5%) 

3、变频器在工频下运行,具有节电功能,是事实。但是他的前提条件是:装置本身具有节电功能(软件支持), 即和整个系统或工艺要求匹配;长期连续运行。

使用变频器经常有如下几个误区:

1、忽视变频器的自身特点

变频调速器的调试工作一般由经销厂家来完成,不会出现什么问题。变频调速器的安装工作较简单,一般由用户来完成。一些用户不认真阅读变频调速器的使用说明书,不严格按照技术要求进行施工,忽视变频器自身特点,将其等同于一般电气器件,凭想当然和经验办事,为故障和事故埋下了隐患。根据变频调速器的使用说明书的要求,接到电动机的电缆应采用屏蔽电缆或铠装电缆,穿金属管敷设。截断电缆的端头应尽可能整齐,未屏蔽的线段尽可能短,电缆长度不宜超过一定的距离(一般为50m)。当变频调速器与电动机间的接线距离较长时,来自电缆的高谐波漏电流会对变频调速器和周边设备产生不利影响。从变频器控制的电动机返回的接地线,应直接连到变频器相应的接地端子上。变频器的接地线切勿与焊机及动力设备共用,且尽可能短。由于变频器产生漏电流,与接地点太远则接地端子的电位不稳定。变频器的接地线的截面积必须大于或等于供电电源电缆的截面积。为了防止干扰而引起的误动作,控制电缆应使用绞合屏蔽线或双股屏蔽线。同时要注意切勿将屏蔽网线接触到其它信号线及设备外壳,用绝缘胶带缠包起来。为了避免其受到噪声的影响,控制电缆长度不宜超过50m。控制电缆和电动机电缆必须分开敷设,使用单独的走线槽,并尽可能远离。当二者必须交叉时,应采取垂直交叉。千万不能将它们放在同一个管道或电缆槽中。而一些用户在进行电缆敷设时,没有严格按照上述要求进行施工,导致在单独调试时设备运转正常,正常生产时却干扰严重,以致不能运行。

2、使用变频器都能节电:一些文献宣称变频调速器是节电控制产品,给人的感觉是只要使用变频调速器都能节电。实际上,变频调速器之所以能够节电,是因为其能对电动机进行调速。如果说变频调速器是节电控制产品的话,那么所有的调速设备也都可以说是节电控制产品。变频调速器只不过比其它调速设备效率和功率因数略高罢了。变频调速器能否实现节电,是由其负载的调速特性决定的。对于离心风机、离心水泵这类负载,转矩与转速的平方成正比,功率与转速的立方成正比。只要原来采用阀门控制流量,且不是满负荷工作,改为调速运行,均能实现节电。当转速下降为原来的80%时,功率只有原来的51.2%。可见,变频调速器在这类负载中的应用,节电效果明显。对于罗茨风机这类负载,转矩与转速的大小无关,即恒转矩负载。若原来采用放风阀放走多余风量的方法调节风量,改为调速运行,也能实现节电。当转速下降为原来的80%时(公众号:泵管家),功率为原来的80%。比在离心风机、离心水泵中的应用节电效果要小得多。对于恒功率负载,功率与转速的大小无关。水泥厂恒功率负载,如配料皮带秤,在设定流量一定的条件下,当料层厚时,皮带速度减慢;当料层薄时,皮带速度加快。变频调速器在这类负载中的应用,不能节电。与直流调速系统比较,直流电动机比交流电动机效率高、功率因数高,数字直流调速器与变频调速器效率不相上下,甚至数字直流调速器比变频调速器效率略高。所以,宣称使用交流异步电动机和变频调速器比使用直流电动机和直流调速器要节电,理论和实践证明,这是不正确的。

3、变频器的容量选择以电动机额定功率为依据:相对于电动机来说,变频调速器的价格较贵,因此在保证安全可靠运行的前提下,合理地降低变频调速器的容量就显得十分有意义。变频调速器的功率指的是它适用的4极交流异步电动机的功率。由于同容量电动机,其极数不同,电动机额定电流不同。随着电动机极数的增多,电动机额定电流增大。变频调速器的容量选择不能以电动机额定功率为依据。同时,对于原来未采用变频器的改造项目,变频调速器的容量选择也不能以电动机额定电流为依据。这是因为,电动机的容量选择要考虑大负荷、富裕系数、电动机规格等因素,往往富裕量较大,工业用电动机常常在50%~60%额定负荷下运行。若以电动机额定电流为依据来选择变频调速器的容量,留有富裕量太大,造成经济上的浪费,而可靠性并没有因此得到提高。对于鼠笼式电动机,变频调速器的容量选择应以变频器的额定电流大于或等于电动机的正常工作电流1.1倍为原则,这样可以限度地节约资金。对于重载起动、高温环境、绕线式电动机、同步电动机等条件下,变频调速器的容量应适当加大。对于一开始就采用变频器的设计中,变频器容量的选择以电动机额定电流为依据无可厚非。这是因为此时变频器容量不能以实际运行情况来选择。当然,为了减少投资,在有些场合,也可先不确定变频器的容量,等设备实际运转一段时间后,再根据实际电流进行选择。

4、通用电动机只能在其额定传速以下采用变频调速器降速运行:经典理论认为,通用电动机频率上限为55Hz。这是因为当电动机转速需要调到额定转速以上运行时,定子频率将增加到高于额定频率(50Hz)。这时,若仍按恒转矩原则控制,则定子电压将升高超过额定电压。那么,当调速范围高于额定转速时,须保持定子电压为额定电压不变。这时,随着转速/频率的上升,磁通将减少,因此在同一定子电流下的转矩将减小,机械特性变软,电动机的过载能力大幅度减少。

由此可见,通用电动机频率上限为55Hz是有前提条件的:定子电压不能超过额定电压;电动机在额定功率运行;恒转矩负载。

上述情况下,理论和试验证明,若频率超过55Hz,将使电动机转矩变小,机械特性变软,过载能力下降,铁耗急增,发热严重。

电动机实际运行状况表明,通用电动机可以通过变频调速器进行提速运行。能否变频提速?能提多少?主要是由电动机拖动的负载来决定的。首先,要弄清负荷率是多少?其次,要搞清楚负载特性,根据负载的具体情况,进行推算。简单分析如下:

a、事实上,对于380V通用电动机,定子电压超过额定电压10%长期运行是可以的,对电动机绝缘及寿命没有影响。定子电压提高,转矩显著增大,定子电流减少,绕组温度下降。

b、负载特性各种各样

电动机拖动系统是为负载服务的,不同的负载,机械特性不同。电动机在提速后必须满足负载机械特性的要求。经推算恒转矩负载不同负荷率(k)时的允许最高运行频率(fmax)与负荷率成反比,即fmax=fe/k,其中fe为额定工频。对恒功率负载,通用电动机的允许高工作频率主要受电动机转子和转轴的机械强度限制,笔者认为一般限制在100Hz以内为宜。

c、电动机负荷率通常为50%~60%

一般情况下,工业用电动机通常在50%~60%额定功率下工作。经推算,电动机输出功率为70%额定功率,定子电压提高7%时,定子电流下降26.4%,此时,即使是恒转矩控制,采用变频调速器提高电动机转速20%,定子电流也不但不会上升,反而会下降。尽管提高频率后,电动机铁耗急增,但由其产生的热量与定子电流下降而减少的热量相比甚微。因此,电动机绕组温度也将明显下降。


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