叙词：变频调速技术特点应用节能1概述在工矿企业以及民用建筑中大量地使用着风机、水泵、搅拌机、压缩机等，这些机械一般都以交流电动机驱动、功率从几kW，至数千kW其中大部分交流电动机均不是常年工作在额定功率，而经常只有额定功率的50%~70%，甚至更低一些。而目前这类机械大多数处于恒速交流传动运行状态，并以档板、阀门或空放回流的办法进行调节，从而白白损失大量的电能，功率越大的风机、水泵损失的电能也越大。

　　根据电工学基本原理，风机和水泵，消耗功率与电动机的转速成三次方关系。如要调节风机的风量或水泵的流量，只要调节电动机的转速就可以实现，而同时将大大降低电动机的消耗功率，节约了电能。

　　电动机的转速（N）由以下公式表示：因此要改变电动机的转速，只要改变供电电源的频率或者改变电动机的极对数就可改变电动机转速。

　　改变极对数进行调速从理论上讲效率比较高，因为它没有额外的损耗，操作比较简单，但由于对电动机的制造要求高，机械构造较为复杂，且属于有级调速，在现有的产品中还没有功率较大的这类电动机，因此国内外使用较少。改变频率进行调速、效率也很高，尽管有损耗，但按目前的技术水平其损耗可以减少到比较小（有些品牌的变频器效率高达99%），而且可以进行无级调速，变频装置的功率可达到几千kW，因此可应用到各种规格的电动机中。

　　2变频调速技术简介风机、水泵配用的电动机一般有两种，一种为高压电动机（电压等级为10kV、6kV或3kV），一种为低压电动机（电压等级为660V或380V）。因此选用的变频调速装置也可有两种：一种为高压变频器，一种为低压变频器。近年来各种高压变频器不断出现，高压变频器到目前为止还没有像低压变频器那样近于统一的拓扑结构。根据高电压组成方式可分为直接高压型和高-低高压型；根据有无中间直流环节来分，可以分为交-交变频器和交-直-交变频器。在交-直-交变频器中，按中间直流滤波环节的不同可分为电压源型和电流源型。直接高压输出电流源型变频器主要有：串联二极管式电流源型变频器，输出滤波器换向式电流源型变频器，负载换向式电流源型变频器（LCI），GTO-PWM式电流源型变频器等；直接高压输出电压源型变频器主要有：三电平PWM电压源型变频器，单元串联多电平PWM电压源型变频器等；直接高压交-直-交变频器直接输出高压，无需输出变压器，效率高，输出频率不受限制，应用较为广泛。

　　评价高压变频器的性能指标主要有：成本、可靠性、输出谐波，对电网的谐波污染，输入功率因素，du/dt共模电压，系统效率，能否四象限运行等。其中对变频器产生的高次谐波尤为重视，因为它将造成对电网产生谐波污染，对电动机产生严重影响。

　　由于高压变频器的应用越来越广泛，容量也较大，占整个电网容量的比重较为显著，因此，对电网的谐波污染问题不容忽视，解决谐波污染的办法有两种，一是采取谐波滤波器，对于高压变频器产生的谐波进行治理以达到供电部门的要求，也即通过所说的“先污染，后治理”的办法；二是采用产生谐波电流小的变频器，变频器本身基本上不对电网造成谐波污染，即所谓的“绿色”电力电子产品，从本质上解决谐波污染问题。国际上对电网谐波污染控制的标准中，应用较为普遍的是IEEE519-1992我国也有相应的谐波控制标准。

　　输出谐波对电动机的影响主要有：引起电动机附加发热，导致电动机的额外温升，电动机往往要降额使用。由于输出波形失真加电动机的重复峰值电压，影响电动机的绝缘，谐波还会引起电动机转矩脉动，噪声加。目前使用的各种变频器通过分析比较有以下区别：电流源型变频器由于存在输出谐波和共模电压对电动机的影响等问题，电动机需降容使用和加强绝缘，使其应用受到极大的限制；三电平电压源型变频器存在输出谐波和du/dt等问题，一般要设置输出滤波器，否则必须使用专用电动机，对风机和水泵等一般不要求四象限运行的设备；单元串联多电平PWM电压源型变频器在输出谐波，du/dt等方面有明显优势，对电动机没有特殊要求，可用于任何普通异步电动机，且不必降容使用，具有较大的应用前景。

　　综上所述，在选用变频装置的过程中，除考虑节能的同时还应注意上述因素，以取得比较佳效果。

　　3变频调速技术的应用与节能变频调速技术显著的节能效果己越来越被人们所重视，并且己在许多场合得到广泛应用。下面介绍几个应用比较成功且效果比较明显的例子。

　　3.1在给水工程中的应用给水工程包括水厂、取水泵站、压泵站等，主要用电设备是水泵电动机，而水泵电动机的用电量一般要占整个水厂（泵站）用电量的80%~ 90%，水泵配用电动机的功率一般都较大（大至几千kW）因此在给水工程中，对水泵电动机采取合适的节能措施，其节能效果将是十分显著的。

　　根据给水工艺的要求，对水泵的出水压力和流量一般均需要调节，当然过去仅靠采用挡板或阀门的方式进行调节是十分落后的，现在基本上不再采用，而比较多的是采用调速的方式来调节压力与流量。以往在国内采用较为普遍的调速方式有以下几种：①可控硅串级调速；②转子串电阻调速；③液力耦合器调速、油膜调速；④变频调速。

　　第①种方式效率较高，但功率因数低，产生的高次谐波会污染电网，价格也不低，目前工程上投运的装置由于质量不稳定，经常发生故障，因此己很少采用。第②、③种方式价格相对较低，但效率低，损耗大，维护工作量大，对要求高的场合一般不宜采用。第④种方式价格虽然较高，但其装置技术先进，效率高，节能显著，功率因数高（不低于0.95），输出电压和电流接近正弦波，并且可以作为水泵电动机的软起动设备，无起动冲击电流，延长了电动机和水泵的使用寿命，特别在大型设备上应用，一般运行4~5年（有的甚至2~3年）可回收设备投资。

　　在近几年的给水工程中己越来越多地采用变频调速装置。例如：在某水厂选用的二台10kV、1400kW高压变频装置，以及某泵站选用的2台6kV、1600kW高压变频装置，运行至今均己有3~4年情况正常，且效果较好，节能显著。

　　高位水箱的供水系统，实际上是一个压力大致恒定的系统，这个压力就是水位的高度，而管道的阻力特性都是变化的，当用户多时，也即打开阀门放水的支路多时，管道的阻力就相应减少，反之则阻力增大。针对这种情况，可以用变频调速装置和压力调节器组成闭环控制系统来控制水泵的转速，保护水压恒定，从而省去高位水箱。恒压供水变频调速装置原理比较简单，只要将供水管道中的水压通过压力变送器变换成电信号，经集成电路放大器放大后送至压力调节器并与给定压力比较，其差值经比例、积分、微分运算后控制变频器的输出频率，从而调节电动机和水泵转速，达到调节压力的目的。

　　在给水系统中流量变化时，官道阻力特性也是变化的，因为流量大必定是有较多的支路阀门打开着，而流量较小时，只有部分支路阀门打开，如果没有变频调速装置，这时管路压力超过给定压力。由于泵的流量Q与转速n成正比，压力H与n2成正比，如果使用变频调速装置改变水泵转速，在满足所需流量的同时，既降低了压力，又节约了电能。

　　因此在目前所建住宅群或高层建筑中已考虑取消高位水箱的做法，这样不仅可以降低造价，省去经常性清洗水箱的人力和时间，避免二次水污染，同时节约了能源。

　　（上接第25页）了控制访问权限，并提供了控制路径表，有权访问的工作站数目比较大是16，同时还设置了另外一个CA-OWNER，在其内部存储了拥有控制路径的数码，FieldUnit接受来自这个控制站的命令。在控制路径表中拥有较低一极优先权的工作站需向较高一极优先权的工作站申请，才能操作Field 4.3INSUM2.0系统的特点下特点：①分散式智能化。指分布在Lon上的INSUM元件无明显的主从关系，现场元件MCU具有高度智能性并有更强的数据处理功能和控制作用。②同级通信。由于LonBus为点对点通信，INSUM各组件无须经过主机许可即可以直接相互通信。③事件驱动式通信。只有变化的数据才被数据总线传输，如果参数是数字量，这种变化是指二进制数值的变化；如果参数是模拟量，这种变化是指超过了设定阀值的变化。④可兼容性。由于系统米用了开放式的LonWorks的现场总线，因此凡是采用这种通信规约设备，系统都可以兼容，而不受生产厂家或品牌的限制，同时IN-等网关实现与不同系统的连接，从而大大增强了系统的通用性。

　　MNS系统外形尺寸见表2、安装尺寸见。

　　表