1.2.2 变频器的应用

变频器是一种依托于变频技术开发的智能型驱动和控制装置，广泛地应用于交流异步电动机速度控制的各种场合，其高效率的驱动性能及良好的控制特性，已成为目前公认的最理想、最具有发展前景的调速方式之一。

变频器的各种突出功能使其在节能、提高产品质量或生产效率、改造传统产业使其实现机电一体化、工厂自动化、改善环境等各个方面得到了广泛的应用。其所涉及的行业领域也越来越广泛，简单来说，只要使用到交流电动机的场合，特别是需要运行中实现电动机转速调整的环境中，几乎都可以应用变频器。

1. 变频器在节能方面的应用

变频器在节能方面的应用主要体现在风机、泵类等作为负载设备的领域中，一般可实现20%～60%的节电率。

图 1-36 所示为变频器在锅炉和水泵驱动电路中的节能应用。该系统中有两台风机驱动电动机和一台水泵驱动电动机，这三台电动机都采用了变频器驱动方式，耗能下降 25%～40%，大大节省了能耗。

【资料链接】

由流体力学可知，风机、泵类负载的实际消耗功率 P （功率）＝ Q （流量）× H （压力），其中流量 Q 与电动机转速 N 的一次方成正比，压力 H 与转速 N 的平方成正比，由此可知，该类负载的实际消耗功率 P 与转速 N 的立方成正比。

对于传统风机、泵类负载采用调节挡板、阀门进行流量调节的节能方式，当用户需要较小流量时，其可实现对流量的调节，但由于其电动机转速不变（电源频率不变：转速 N =60×电源频率 f /电动机磁极对数 P ），其节能效果并不明显，耗电功率下降较小；

而对于采用变频器进行调速方式（电源频率可变）控制时，当要求调节流量下降时，转速 N 可成比例的下降，而此时实际消耗功率 P 成立方关系下降。即水泵电动机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所以当所要求的流量 Q 减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速 N 按比例降低。这时，电动机的功率 P 将按三次方关系大幅度降低，比调节挡板、阀门节能 40％～50％，从而达到节电的目的。

例如，若将系统中的一台功率为 55 kW水泵采用变频器调速控制时，当其转速下降到原转速的 4/5 时，其耗电量成转速三次方关系大幅度降低，即：

实际耗电量 = =28.16 kW48.8，省电 %；

当其转速下降到原转速的 1/2 时，其耗电量成转速三次方关系大幅度降低，即：

实际耗电量 = =6.875 kW87.5，省电 %；

据统计，在我国风机、泵类负载主要应用于各种发电厂、水处理、中央空调、液压泵等各种场合，在全国用电量中占相当大的比例，若将这些领域进行变频改造，每年节电量将十分可观。

2. 变频器在提高产品质量或生产效率方面的应用

变频器的控制性能使其在提高产品质量或生产效率方面得到广泛应用，如传送带、起重机、挤压、注塑机、机床、纸/膜/钢板加工、印制板开孔机等各种机械设备控制领域。

例如，图 1-37 所示为变频器在典型挤压机驱动系统中的应用。挤压机是一种用于挤压一些金属或塑料材料的压力机，其具有将金属或塑料锭坯一次加工成管、棒、型材的功能。

3. 变频器在改造传统产业、实现机电一体化方面的应用

近年来，变频器的发展十分迅速，在工业生产领域和民用生活领域都得到的广泛的应用，特别在一些传统产业的改造建设中起到了关键作用，使它们从功能、性能及结构上都有一个质的提高，同时可实现国家节能减排的基本要求。

例如，图 1-38 所示为变频器在纺织机械中的应用。

纺织工业是我国最早产生的民族工业之一，在工业生产中占有举足轻重的地位，传统纺织机械的自动化也是我国工业自动化发展的一个重要项目。可编程控制器、变频器、伺服电动机、人机界面是驱动控制系统中不可缺少的组成部分。

在纺织机械中有多个电动机驱动的传动机构，互相之间的转动速度和相位都有一定的要求。通常，纺织机械系统中的电动机普遍采用通用变频器控制，所有的变频器则统一由PLC控制。

4. 变频器在自动控制系统中的应用

随着控制技术的发展，一些变频器除了基本的软启动、调速控制之外，还具有多种智能控制、多电动机一体控制、多电动机级联控制、力矩控制、自动检测和保护功能，输出精度高达 0.1%～0.01%，由此在自动化系统中也得到了广泛的应用，常见的主要有化纤工业中的卷绕、拉伸、计量；各种自动加料、配料、包装系统及电梯智能控制中。

例如，图 1-39 所示为变频器在电梯智能控制中的应用。在该电梯智能控制系统中，电梯的停车、上升、下降、停车位置等根据操作控制输入指令，变频器由检测电路或传感器实时监测电梯的运行状态，根据检测电路或传感器传输的信息，实现自动控制。

5. 变频器在民用改善环境中的应用

随着人们对生活质量和环境的要求不断提高，变频器除在工业上得到发展外，在民用改善环境方面也得到了一定范围的应用，如对空调系统及供水系统中，采用变频器可有效减小噪音、平滑加速度、防爆、高安全性等优势。

例如，图 1-40 所示为变频器在中央空调系统中的应用。

【资料链接】

变频器在中央空调系统中分别对主机压缩机、冷却水泵电动机、冷冻水泵电动机进行变频驱动，从而可实现对温度、温差的控制。该类控制系统中可以通过两种途径实现节能效果。

• 压差控制为主，温度/温差控制为辅：以压差信号为反馈信号，反馈到变频器电路中进行恒压差控制，而压差的目标值可以在一定范围内根据回水温度进行适当调整。

当房间温度较低时，使压差的目标值适当下降一些，减小冷冻泵的平均转速，提高节能效果。

• 温度/温差控制为主，压差控制为辅：以温度/温差信号为反馈信号，反馈到变频器电路中进行恒温度、温差控制，而目标信号可以根据压差大小做适当调整。当压差偏高时，说明负荷较重，应适当提高目标信号，增加冷冻泵的平均转速，确保最高楼层具有足够的压力。