应用探讨——变频器在节能中的应用

近几年，变频器由于其节能的优势，被广泛的使用在工业，民用等领域。人们对变频器节能的特点越来越关注，越来越感兴趣。欢迎大家在这个帖子中就变频器节能发表自己的观点，比如：
1） 变频器如何节能的？
2） 在哪些场合节能的优势更明显？
3） 变频器节能的实例，包括工艺的介绍，使用后节能的效果
4） 也欢迎大家对变频器在民用产品中，如变频空调的使用，发表自己的想法

在此开设此话题，希望能够与各位网友讨论一下这些问题，相信大家在处理问题的时候也有很多心得体会，大家共同交流！

本次探讨的发帖整理请参见此处。

活动奖励：
此次集中交流将持续至9月13日，其中所有精华帖作者将获得加倍精华奖励积分；最终所有有效留帖的网友将获得加倍发帖积分。更多积分带给您更多奖品兑换的自由。
对于有突出发言贡献的网友，还可以在当前的可兑换奖品中免费挑选任一款奖品。
交流结束后也将专门整理重要内容，供广大网友分享参考。
预祝大家交流愉快，收获丰富！

变频器如何节能：
在生产中，许多设备的能耗都与机组的转速有关，其中油、水泵最为突出，这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件，如最大流量和扬程进行选择的，但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多，如果所用的电动机是不能调速的，通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会造成很大的能量损耗，如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要的流量减少时，电动机的转数降低，消耗的能量将会明显减少。
　　可知，当转速下降1/2时，流量下降1/2，压力下降 1/4，功率下降为1/8，即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么随着泵的输出压头的降低，在输出同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可以完全避免，这就是调速节电的原理所在。简单地说，就是在不装变频调速装置时，泵的出口排量靠出口阀调节，电机易过负荷，流量小时，靠关小阀门调节，增加了管道阻力， 使部分能量白白消耗在泵出口阀门上，安装变频调速器后， 可以降低泵的转速，泵的扬程也相应降低， 电机的电耗也相应降低，使原来消耗在泵出口阀上的能量， 用变频调速方法得到了解决。由于采用恒转矩特性， 变频降速后的电机转矩不变，拖动力矩恒定，可以保证排量，从而实现了节约电能的作用。

变频器是根据负载的变化来调整设备的运行频率，运行频率低了，输出的机械功率会下降，当然电能消耗也会下降。比如现在自来水公司的供水系统，全部都是变频节能供水，在用水高峰，设备会提高转速，增加补水，在用水低峰，设备会减低转速，减少补水，在几乎不用水的时候，也就是夜间，泵会休息。通过这样根据需要情况来供水，达到节能的目的。
现在变频节能改造在供水系统，供热系统，消防系统，风机控制，温度控制，流量控制中非常明显。
我个人感觉现在家庭空调的变频效果，并不是很明显，因为现在的家庭空调的开机时间都比较短，再节能方面的效果不是很明显。但是在生产设备的温度控制中比较明显，因为使用时间长吗，像流水线，一般都是24小时的。谁家的空调能24小时开啊。
我个人感觉西门子的变频器功能真的很强大，我现在学过2个牌子的变频器，一个是西门子，一个是ABB。如果只实现一些简单控制的话，用哪个都无所谓。但是，如果控制工艺复杂了，比如需要一些简单的逻辑运算了，我个人还是倾向西门子的MM440，它带的FFP功能真的能为我们省去不少麻烦和成本。我也曾经发过FFP使用的帖子，但是没人回复，不知道是都不会，还是都不懈回复。

变频器节能主要体现的需要降低转速的场合，变频器在泵上使用，节能效果是很显著的，流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正比，所以泵的效率一定，要求调节流量时，转速降低，输出功率成立方关系下降，即泵的耗电功率与转速近似成立方的关系。另外由公式P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。这是变频器功率因数补偿节能的体现，另外电机利用变频器软启动功能将能使电机启动电流从0开始，最大也不会超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，这也是变频节能的体现。
变频器是通过轻负载降压节能，拖动转矩负载由于转速没多大变化，即便是降低电压，节能也很微弱，这点在风机上不同，风机的耗能跟转速的1.7次方成正比，转速降低，电机转矩急剧下降，节能很明显，但是用在油井上就会因为返程试用制动电阻浪费很多电。
总之，如果环境要求必须调速，变频器节能效果还是比较明显的。不调速的场合变频器不会省电，只能改善功率因数。
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，一般的系统构成。工作时操作人员通过控制机（可为PLC或工业PC）设定比例运行参数，然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低；同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机控制。
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

各类工厂中都大量使用了风机、水泵类负载，而且电机容量还都很大，为了保证工况需求，一般都留有足够的富余容量，使用风门调节时，这部分富余量就被消耗浪费了。当改用变频器调试控制风量是，这部分富余量相应的节约下来了，这就是节能的原理之一。
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

如果在提升/下放工艺上，如果使用带回馈功能的变频器，在制动状态的时候，把能量回馈电网，也同样可以达到节能的目的——比白白消耗在电阻上好多了。。。。就是好像带回馈的变频器都比较贵。。。不知道节省下来的电费够不够填补差价的
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

变频在空调中使用：
变频空调理论上是有可能省电的。我简单分析一下
其实这里变频不是要点，不管用哪种方式让电机输出机械功率与输入电功率尽量线性对应且高效即可。
关键是：变频空调的省电不是靠变频电机及附带的调速系统导致的结果。
分析如下：
空调要节能，无非是1.压缩机（包括驱动电机）工作效率高 2换热效率高。而且对空调系统而言，换热效率占主导因素。换热效率提高有一个很简单的方法，加大热交换器的换热面积。关键是加大换热器面积对制造成本（多用铜材）及安装后的美观有影响。所以市售的空调其实都是在换热效率与换热器的制造成本中取了折衷。

在初始开机阶段，假定单位时间需要制冷量A－一般而言，此冷量也即为设计最大冷量，换热器的大小尺寸均以此冷量进行设计（当然是折衷过的，否则理论上讲越大愈好），此部分变频与非变频空调皆然－,在这种工矿下，理论上当其他变量都相等时，应该是定频省电。
在温度稳定维持阶段，假定需要维持冷量为单位时间A/5，这时变频压缩机会减小出力，（而定频机采用间歇工作制式，但在压缩机工作时出力不变单位时间A，工作1／5时间）。换热器的尺寸不变是按照最大工况单位时间制冷量A配置的，此时变频机换热器的换热效率会变的很高！（想象一下，有一个1hp的定频机，但因为某种原因室内机与室外机的换热器都是5hp机的大小，只有压缩机和风机是1hp的，此机的能效会比普通的1hp机高很多，但因制造成本高，没有厂家会造这种产品。——现在转换一下思路：假定一个房间需要一台5hp的机器，我们可以买一台标准的市售的5hp定频机，再加一台上述的我们假象的：5hp换热器与1hp压缩机组成的定频机，刚制冷时开第一台，温度稳定后关第一台开第二台），我想有悟性的同志应该已经看出这两台定频机完全可以用一台5hp的变频机来实现。
结论：变频机节能其实本质不是因为电机节能，是压缩机低出力时换热效率会提高。实际上变频部分反而会比定频机多一些损耗。主要靠低出力时高换热率弥补回来的。这也是为什么变频空调一定要工作在低速状态能效比才会变高的原因。
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

变频器在低速状态能效变高，这主要还是流体类负载的特性决定的，流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正比。功率=流量X压力，所以功率与转速的立方成正比，在非满负荷下即低速即可达到正常工作的情况，必定大幅度节电。另外，即使在接近50HZ下工作，由于变频器改善功率因数等作用，还是要节一些电的（不考虑其它因素）。

1，目前很多设备如风机水泵类负载，是按照最大需量而设计的电机是定速的，使用变频器后可以按需要调整电机速度，所以存在很大的节能空间。
2，一些恒转矩负载，如空压机油泵等存在压力达到后空载的负载，采用变频器后可以在空载时，低速运行也有节能空间。
3，多电机变频传动场合，如薄膜生产线，牵引辊，三辊等辊传动，需要速度同步的控制场合，使用变频器公直流母线系统节能效果很好，处于发电状态的辊能量给电动状态的辊，整个系统只需要一个制动单元及制动电阻，且制动使用的很少，基本上能量在内部就消化了。
4，对于大型行车类负载使用变频器回馈装置节能空间很好，将货物下降时产生的发电能量不通过制动电阻消耗掉而是通过回馈装置反馈到电网中。
5，变频器在中央空调涡旋冷冻机上运用也存在节能空间，同时对于空调的舒适度也有很大改善，并且延长冷冻机压缩机的使用寿命。
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

变频器在空载情况下也需要消耗一定的电能，我的使用建议变频器进电源使用接触器，变频器启动过程为，先接触器吸合后延时10秒后，在使用运行命令让变频器工作带负载，停机过程就是先断开变频器运行命令，后延时5分钟让变频器冷却后断开接触器。这样做既可以节能也可以延长变频器的使用寿命。
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

应用变频器在风机水泵这类负载上来节能空间不大，水泵是主要调节的对象是流量或压力，实质上流量、压力与电机转速的关系是三次方的关系，即转速降到90％ 那么流量、压力就像下降到90％的三次次方，等于72.9％，下降的十分明显，一般现场流量、压力下降到80％就已经下降很多了（除非设计的余量过大，且大很多的情况）那么转速只能下降到92.8％，所以50Hz的电机频率能下调到46.41Hz左右，那么实质上节能非常少。

我想变频器用在风机中最能体现节能效果，譬如一套90KW电动机额定电流160A驱动的水冷塔风机，启动时负荷较大电流会达到额定电流的2倍但是平时工作在80A左右，因此只用一台60KVar容量的变频器即可，只是将其电动机额定值设定至合适即可，将启动电流设定为200%即可，由于风扇的启动惯量很小因此启动不会有问题，启动后变频器会节省一大部分能量，也可以将使用的变频器电动机的参数设定降下来也一样会产生同样的效果。

功率因数补偿节能：　
1、
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

只要功率不是全部满负荷的情况都能节能。

同意此观点，对于小型的变频器（几十千瓦以下的），一般的满载时的消耗约占容量的3-4%，对于上百千瓦的变频器有的品牌可做到2%尤其是大功率变频器，不工作的时候也挺耗电，比如30KWX3%=达到900W的时候相当于一台“家用电饭锅”了^-^。(有条件的可以做一下实验)

大型风机水泵中使用还能节能，而且效果很明显的，几十千瓦的也就起个保护作用，节能效果有限。节能也不能只在理论上算，要看电表实际走的量。

不可能!
对于MM4来说，不工作时的能耗相当小，最多就是个十几瓦的耗电。连散热风机都不需要启动。仅仅是在装有BOP和DP模板等状况时，才增加一点儿能耗。
而且，尺寸D及以下的待机耗电几乎一样。
此外，运行时只看IGBT通态压降（约1伏）和阶跃时间（约0.18μs）这两者越小，自身损耗越小。数值本身这么小，可见就是工作电流100A也不会超过100W。哪有那么多，像个电炉子？
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。

谢谢y版的指正。查看了一本MM440的技术手册，
功率因数:0.98
变频器的效率:
外形尺寸A至F---------96%至97%
外形尺寸FX和GX-----97%至98%
A与FX等系列待机耗电几乎一样，电机完全空载时（不运行）时远达不到3~4%。

变频器工作时的自身损耗是比较小的（也就是说，转化成热能的这部分所占比例，它是随负载电流而变化的。）。另一部分是泄露电流和辐射能等等。应该说，上面的数据是比较保守的。
对电网来说，使用整流桥作为整流的变频器，其电压电流总是同相位的（尽管脉动式的电流存在产生电压谐波的可能）。但要比电机（尤其是小电机）功率因数大得多。想想：功率因数0.7的电机，其有功和无功功率几乎相等，大量的能源消耗在电网传输线路上，变成热能浪费掉了。
上面各位大侠都关注了风机节能。其实应包括所有流体控制系统，都可以采用变频器来节能。我们就是应用在液压系统中。道理是一样的。
管理员注：本帖已被纳入此次探讨发帖整理，请点此详阅。