由變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)節(jié)能

該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。輸出水量為2500L/min以下時(shí)，由一臺(tái)75kW電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；超過(guò)這一水量時(shí)，用2臺(tái)150kW電動(dòng)機(jī)，其中常用1臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，藉調(diào)正輸出閥按照熱負(fù)荷的變化，以增減冷水的循環(huán)。

在這里（圖中），75kW的電動(dòng)機(jī)停止。相應(yīng)于常用和備用的2臺(tái)150k 冷卻水泵，通過(guò)變頻器設(shè)置1臺(tái)，能對(duì)2臺(tái)中無(wú)論哪一臺(tái)冷水 泵的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行切換。而且，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的冷水泵，檢測(cè)出最上層的水壓，藉助PID調(diào)正計(jì)量?jī)x器保持壓力恒定，以進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。

水泵場(chǎng)合下，實(shí)際量程相對(duì)于全量程的比率越小，節(jié)能的效果則越大。也就是，按照?qǐng)D4所示的流量與電動(dòng)機(jī)輸入的關(guān)系，例如，在流量50%處，通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)控制冷水泵的轉(zhuǎn)速，與對(duì)輸出閥的控制比較，電動(dòng)機(jī)的輸入功率可能減少到一半以下。

表2列出建筑物空調(diào)用冷水泵系統(tǒng)一年期間的運(yùn)轉(zhuǎn)模式與節(jié)能效果。在上述引入實(shí)例中，每年能削減49200kWh的用電量，每1kWh的電量按0.8元，每1kW的CO2消減量為0.000422噸計(jì)，則1年節(jié)約的電費(fèi)近4萬(wàn)元，削減CO2有20.76噸。

對(duì)于30年以上早期建設(shè)的建筑物，因多數(shù)采用中央空調(diào)方式，故引入變頻器后，可望達(dá)到很大的節(jié)電效果。但是，當(dāng)達(dá)到如期的節(jié)能時(shí)，必須對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)工況進(jìn)行仔細(xì)的事前調(diào)查和研討。

表2運(yùn)轉(zhuǎn)模式

5 對(duì)已裝好的電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的注意點(diǎn)

對(duì)電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，對(duì)比用正弦波（工頻電源）驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于包含在變頻器輸出波形內(nèi)高次諧波的影響，必須注意電動(dòng)機(jī)的溫升和變頻器的涌浪電壓。

5.1 電動(dòng)機(jī)的溫度上升

因溫度升高10℃，絕緣物的壽命約縮短一半，故電動(dòng)機(jī)的溫升是非常重要的問題。電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)的情況下，由于高次諧波的影響，損耗增大。與一般用工頻電源的驅(qū)動(dòng)比較，電流約增加10%左右，溫度上升約增加20%。

下面討論在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻效果降低的問題。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸端裝有冷卻風(fēng)扇的場(chǎng)合，低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，冷卻效果大幅度減小。一般，電動(dòng)機(jī)溫升與冷卻風(fēng)量導(dǎo)致的冷卻效果之關(guān)系，在電動(dòng)機(jī)的損耗相同時(shí)，溫度的上升△t與轉(zhuǎn)速n成反比關(guān)系：

另一方面，在工頻以上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因采用變頻器輸出電壓一定的控制，電動(dòng)機(jī)為恒定輸出功率特性。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流隨著頻率的升高而減小，冷卻效果也提高，故溫度上升方面的問題不大。但由軸承的容許轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)部分的強(qiáng)度、噪音、振動(dòng)等條件，限定了最大的容許轉(zhuǎn)速值。

5.2 變頻器的浪涌電壓

對(duì)于變頻器的電源，其換流操作產(chǎn)生浪涌電壓。為此，在電動(dòng)機(jī)的線圈處，施加了取決于變頻器頻率和控制方式的、一定交變周期的浪涌電壓，這一浪涌電壓對(duì)線圈的絕緣將造成大的影響。

而且，在通用變頻器中, 電壓急速建立因電動(dòng)機(jī)容量、繞線方式等的差異，的電壓施加于電動(dòng)機(jī)時(shí)，線圈之間的電壓分配，在靠近電源測(cè)的第一線圈上電壓偏高。所以，必須確保線圈之間的絕緣強(qiáng)度及其協(xié)調(diào)性。

變頻器一旦將工頻電源整流成直流，因利用開關(guān)控制，故輸出電壓的峰值通常為直流電壓E以下（直流電壓E為工頻電源電壓有效值的一定倍數(shù)，如AC440V時(shí)約DC620V, 其倍數(shù) 1.4）。

變頻器與電動(dòng)機(jī)之間配線的電感（L）, 配線之間的雜散電容（C）, 在開關(guān)切換時(shí)因LC共振產(chǎn)生的浪涌電壓，將與變頻器的輸出電壓疊加，其結(jié)果如圖5所示。對(duì)比變頻器的輸出電壓峰值，出現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)輸入側(cè)端子電壓升高的現(xiàn)象。該電動(dòng)機(jī)的端子電壓峰值，理論上達(dá)到最高回路電壓（變頻器輸出電壓峰值）的2倍（620 2=1240V），也就是，由于開關(guān)切換速度和配線長(zhǎng)度的不同，產(chǎn)生的電壓也不同。根據(jù)其原理，特別
在PWM方式變頻器中，浪涌電壓是不可避免的。

圖6所示為，400系列變頻器與電動(dòng)機(jī)之間，相應(yīng)于配線長(zhǎng)度的電動(dòng)機(jī)輸入端子電壓進(jìn)行實(shí)測(cè)的例子。從圖6可見，電動(dòng)機(jī)端子電壓隨配線長(zhǎng)度的增加而升高?？纱_認(rèn)變頻器輸出電壓約2倍時(shí)達(dá)到飽和。而且，開關(guān)速度更快的IGBT，即使配線長(zhǎng)度短，電動(dòng)機(jī)的端子電壓也更高。還能確認(rèn)，配線長(zhǎng)度增加時(shí)的飽和電壓大致是相同的。

下面，在已裝設(shè)的冷水泵實(shí)例中，對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的節(jié)能效果予以介紹。一般，電動(dòng)機(jī)絕緣壽命約為40000h。按照使用環(huán)境、條件不能一概而論。電動(dòng)機(jī)的使用時(shí)間按一日8h計(jì)，絕緣壽命大致標(biāo)準(zhǔn)約15年。并且，對(duì)已裝設(shè)的電動(dòng)機(jī)，大多尚未采取變頻器浪涌電壓的對(duì)策，特別400V級(jí)的電動(dòng)機(jī)改為變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)因變頻器的浪涌電壓導(dǎo)致絕緣劣化而燒損。因此，引入變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，建議對(duì)電動(dòng)機(jī)的更換也要同時(shí)進(jìn)行研討。