变频器在节能控制系统中的作用

经变频界同仁几十年的竭诚努力，使变频产业出现了欣欣向荣的局面，变频器产品门类众多，变频创新技术不断涌现，新的人才辈出，变频节能的成功案例常常见于报章杂志……如今变频节能无疑已经成为减缓我国能源紧张形势非常重要的技术手段。

　　2 变频器在节能控制系统中的作用

　　分析变频器节能应用案例，变频器都是融入节能控制系统，作为节能控制系统的不可分割的一个环节来使用的。比如在水泵、风机变频器变流量节能控制系统中，变频器、电机和水泵或风机共同组成一个一体的组件，作为变流量闭环控制系统(可能是温度单回路控制系统，也可能是压力单回路控制系统)中的执行器这个环节，而系统中的被控对象则是水系统或风系统。从自动控制控原理可知，控制系统中的传感器、控制器、执行器的特性，必须和被控对象的特性相匹配并构成统一的整体，才能取得良好的控制效果，正如人体的系统构成了健康、协调、统一的整体，当他与环境良好的适应时才是一个健康的人一样。仔细研究变频器应用有关文章、专著、使用说明等文献，就会发现，大部分变频器只是从变频器这个专业范围内深入研究后的杰作，很少或者没有考虑变频器融入控制系统后变频器这个环节和节能控制系统中的其他环节、系统以及和环境之间的关联、制约、影响，因此在变频器推广应用中，有许多水泵、风机变频器节能工程案例中，节能效果并没有达到宣称的和水泵、风机转速的三次方成正比的节能效果，而并不知原因所在[1]。

　　究其原因，这是变频器的开发者、应用者包括某些专家，只是从变频器这个专业模块范围用“片面思考”的理念开发出来的变频器，很少或者没有考虑变频器融入节能控制系统后的需要和怎么适应控制系统整体性能的要求，对被控对象的特性认识模糊或者根本没有搞清，就给变频器的应用者发出错误的信息造成的[1]。

　　3 “系统思考”理想变频器应具备的功能

　　据美国电力研究学会(epri，electric power research institute)调查统计显示，工业用电的70%是电机运行所耗，而通常的60%的电机负荷率在60%以下运行[2]。变频器节能应用控制主要就在工业上使用最多的电动机上。根据电机原理，电动机在额定工况(这是借用风机、水泵技术中的术语)时，其额定转矩tn有下述关系式:

　　式中:t—电机的转矩，n-m;

　　s—电机的转差率，s=1－n/n1;

　　n—电机瞬时转速，r/min;

　　nl—电机的同步转速，n1=60f1/p，r/min;

　　f1—电机供电电源频率，hz;

　　p—电机的极对数。 

　　下标为n者是额定工况电机的参数;

　　下标为m者是最大转矩工况电机的参数;

　　λ—电机的过载能力，λ=tm/tn，对于普通电机，λ=1.6~2.2，相应的sn/sm=0.8~1.1;对于起重电机　λ=2.2~2.8，相应的sn/sm=1.1~1.4[3]。对于确定的电机，λ是不变的。

　　显然，对于一个确定的电机，它的结构是确定的，因而公式(2)的表达式是恒定的。在额定工况，电机的功率因数cosφ≈0.85~0.92(小功率的电机 cosφ还要小些)，电机有最高的效率ηn=0.85~0.97(小功率的电机额定效率ηn还要小些)。但是实际上60%的电机，是在负荷率60%以下运行，即大部分时间电机在部分负荷工况运行。在部分负荷运行的电机，功率因数cosφ≈0.4~0.6甚至更小，从而使电机的效率ηmt=0.4~0.5甚至更小，电机瞬时转差率st变小，它与最大转差率的比值st/sm＜sn/sm。“系统是物质世界存在的基本形式和根本属性”，按照“系统思考”的理念，电机也是一个大系统，是牵一发而动全身的，电机的特性参数是相互关联的，从某一个参数的变化中，应该能够提取整个电机的运行特性，正像高水平的老中医可以从脉象提取人们健康状况信息一样，而不必将电机的几百个参数都进行分析，陷于不得要领的迷惑泥潭。