由變頻器驅(qū)動的電動機節(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，由一臺75kW電動機運轉(zhuǎn)；超過這一水量時，用2臺150kW電動機，其中常用1臺運轉(zhuǎn)，藉調(diào)正輸出閥按照熱負荷的變化，以增減冷水的循環(huán)。

在這里（圖中），75kW的電動機停止。相應(yīng)于常用和備用的2臺150k 冷卻水泵，通過變頻器設(shè)置1臺，能對2臺中無論哪一臺冷水 泵的運轉(zhuǎn)進行切換。而且，對運轉(zhuǎn)的冷水泵，檢測出最上層的水壓，藉助PID調(diào)正計量儀器保持壓力恒定，以進行轉(zhuǎn)速控制。

水泵場合下，實際量程相對于全量程的比率越小，節(jié)能的效果則越大。也就是，按照圖4所示的流量與電動機輸入的關(guān)系，例如，在流量50%處，通過變頻器驅(qū)動控制冷水泵的轉(zhuǎn)速，與對輸出閥的控制比較，電動機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)一年期間的運轉(zhuǎn)模式與節(jié)能效果。在上述引入實例中，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，則1年節(jié)約的電費近4萬元，削減CO2有20.76噸。

對于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，可望達到很大的節(jié)電效果。但是，當(dāng)達到如期的節(jié)能時，必須對設(shè)備的運轉(zhuǎn)工況進行仔細的事前調(diào)查和研討。

表2運轉(zhuǎn)模式

5 對已裝好的電動機采用變頻器驅(qū)動時的注意點

對電動機采用變頻器驅(qū)動時，對比用正弦波（工頻電源）驅(qū)動時，由于包含在變頻器輸出波形內(nèi)高次諧波的影響，必須注意電動機的溫升和變頻器的涌浪電壓。

5.1 電動機的溫度上升

因溫度升高10℃，絕緣物的壽命約縮短一半，故電動機的溫升是非常重要的問題。電動機采用變頻器驅(qū)動的情況下，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%。

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

另一方面，在工頻以上運轉(zhuǎn)時，因采用變頻器輸出電壓一定的控制，電動機為恒定輸出功率特性。此時，電動機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)動部分的強度、噪音、振動等條件，限定了最大的容許轉(zhuǎn)速值。

5.2 變頻器的浪涌電壓

對于變頻器的電源，其換流操作產(chǎn)生浪涌電壓。為此，在電動機的線圈處，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機容量、繞線方式等的差異，的電壓施加于電動機時，線圈之間的電壓分配，在靠近電源測的第一線圈上電壓偏高。所以，必須確保線圈之間的絕緣強度及其協(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時約DC620V, 其倍數(shù) 1.4）。

變頻器與電動機之間配線的電感（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。對比變頻器的輸出電壓峰值，出現(xiàn)了電動機輸入側(cè)端子電壓升高的現(xiàn)象。該電動機的端子電壓峰值，理論上達到最高回路電壓（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系列變頻器與電動機之間，相應(yīng)于配線長度的電動機輸入端子電壓進行實測的例子。從圖6可見，電動機端子電壓隨配線長度的增加而升高?？纱_認變頻器輸出電壓約2倍時達到飽和。而且，開關(guān)速度更快的IGBT，即使配線長度短，電動機的端子電壓也更高。還能確認，配線長度增加時的飽和電壓大致是相同的。

下面，在已裝設(shè)的冷水泵實例中，對變頻器驅(qū)動場合的節(jié)能效果予以介紹。一般，電動機絕緣壽命約為40000h。按照使用環(huán)境、條件不能一概而論。電動機的使用時間按一日8h計，絕緣壽命大致標(biāo)準(zhǔn)約15年。并且，對已裝設(shè)的電動機，大多尚未采取變頻器浪涌電壓的對策，特別400V級的電動機改為變頻器驅(qū)動時，會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)動時，建議對電動機的更換也要同時進行研討。