原创 5. 变频器的应用场合

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我最近一份工作，是在变频器的组装与制造厂里做品质工程师。在这个行业里也混了几年，对变频器有了一个粗浅的认识。今天厚着脸，把我对变频器的理解，写出来，和大家交流。之前写了一些关于启动柜的文章，是变频器主题作铺垫。

1 为什么要变频器？

以交流电驱动的电机，它的转速与电机的结构有关（具体的说是绕组的磁极数），也与电源的频率有关。

同步电机为例，它的转速公式：60f/p

f：电源的频率  

p：磁极对数

异步电机的转速：60f(1-s)/p

s:转差率(slip)， 异步电机转速n与同步转速n0之差对同步转速之比。S=(n0-n)/n0

异步电动机负载越大，转速就越低，其转差率就越大；反之，负载越小，转速就越高，其转差率就越小。异步电动机带额定负载时，其额定转速很接近同步转速，因此转差率很小，一般为0．01～0．06。

电机做好后，它的磁极数就定下来了，没有办法再变，即使有办法变，速度也是有“档”，无法实现无级变速。

想要变换电机的转速，就可以通过改变电源的频率来实现。

要变电源的频率，就得用到变频器。

具体怎么算磁极数，我想了很久，还没有想明白。（这个应是电机专业的人基本功，隔行了，我暂时不懂）

2 为什么要改变电机的速度？

A，节能/省钱 

电机的输出功率，与电机的转速有关。通过变频，就可以实现电机功率的可调。

比如：商用中央空调。白天，楼里办公的人多，需要的制冷量大。晚上下班了，但有人值班或上夜班，需要的制冷量就小，但空调不能关。这个时候，通过驱动空调的电机转速调整，就可以实现不同时段空调制冷量的需求，达到了节能的目的，也就省了电费。

在没有变频空调的时候，怎么办呢？有一个办法是：采用多个空调机组并联使用。当白天空调需求旺，就多开几部空调。晚上需求量小，就去停掉几部空调。这样麻烦。同时，多部空调机组的采购费用加起来，要超过一台同等制冷量的定频空调。同等的制冷量，变频空调要比定频空调价格贵，主要是驱动空调的启动柜贵。但可以通过节省电费把这个价格差赚回来，这就是变频空调的价格竞争优势。

B，实现低功率启动，减少对电网的冲击

用电器接入电网的一瞬间，电器内部的突变电流是正常工作电流的6-8倍，这种电流突变，如果功率大了，就会对电网有冲击。我们平时家庭用的电器，功率不大，这个问题不明显。当电器的功率太大的时候，比如商用中央空调，这个问题就明显了。

为了达到开机对电网冲击很少的目的，工程师们也想了好多办法，参考前面写的文章：“星三角启动柜，固态启动柜，变频启动柜的技术特点”，“MV(中压)启动柜的原理及特点”。

C，可以获得高转速

以我现在做的这个行业为例，现在有一种磁悬浮离心压缩机，它的旋转部分的轴承是利用强磁将轴顶起来，悬在空中。旋转部分高速转动时，对零件没有摩擦，阻力小，且没有磨损。驱动的电机就可以以很高的转速带动叶轮工作。为了让电机可以高速转，就用变频器提供200Hz的电源来驱动电机。

当然，为了让叶轮高速转，也有其它办法：利用齿轮多次变速，但这样一来，最后一级齿轮的寿命就不会久。传统的轴承在这么高速的旋转下，寿命也不会长。

采用磁悬浮结构的压缩机，可以有很高的转速，这样，同等制冷量的一台压缩机，采用50Hz电机驱动的普通轴承压缩机，个头要比磁悬浮的大很多。

D，电机的功率相对可以做得小一点

通过变频器将要高速的旋转部分，可以将由静止慢慢加速到最高转速。如果采用直接启动，电机的功率要做得很大很大很大，就是大牛拉小车的意思。这个很好理解，汽车由静止加速到100公里的时间。这个加速时间越短的汽车，它的发动机排量都是越大。

3  变频器的应用场景

应用场景很多，它的节能省钱的特点，导致了它的应用场景很多，大的应用场合有：

A，空调行业，主要是商用中央空调，节能效果明显。销售将这个作为卖点说服客户使用变频空调;

B，动车组，高铁，地铁，这个行业现在都是采用这个技术;

C，高层楼宇使用的高速电梯;

D，现在太阳能发电，输出的电是直流的。要并网发电，就得把它转成交流。这个转变，也得利用变频器的基本原理;

网上找到一个应用案例，可以看出它的应用之广。

焦化厂的除尘风机(这个是高压电机)，这个是为了节能以及生产需要。因为生产工艺需要，每20分钟左右就需要除尘一次。风机功率560KW，如果从0启动需要1分钟才能加速到需要的速度，显然每次需要除尘时再开机、用完再停机是极其不合理的，跟不上生产的需要，高压电机也不允许短时间反复起停。高压变频器就解决了这个问题，不需要除尘的时候，就以15HZ的状态低速运转，一旦发出除尘指令，快速加速到50HZ以满足生产需要，然后继续低速待机以节能。

4，美国变频器的使用现状 (资料来源wiki百科“变频器”条目)

以美国为例，估计约60-65%的电能是用来驱动电动机，其中又有75%是用在负载特性为变动转矩的风扇、泵及压缩机。若使用变频器驱动，估计可节省四千万个电动机中所消耗能量的18%。所有已安装的交流电动机中，约只有3%是用变频器驱动。不过在新安装的交流电动机中．约有30%至40%会配合变频器使用。

可知，变频器的市场很大，也会成为未来使用的主流。

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