為什么要使用變頻器？

  那么，究竟為什么要使用變頻器呢？以及何種情況下，需要用到變頻器對電機進行調速呢？

  首先，讓我們來看幾個生活中經(jīng)常遇到的場景：

  如果去一些比較老舊的大樓里乘坐電梯，在啟動和停止時，人們經(jīng)常會有比較強烈的沖擊感和眩暈，非常不舒服；而如果乘坐新型電梯，即使是高速電梯，乘客也已經(jīng)基本感受不到其啟停時的那種振動和沖擊了，舒適性大大提高；

  以前電風扇風量是用檔位開關來進行調節(jié)選擇的，有高、中、低檔，風量從大到小，風扇的轉速也是一檔一檔由高到低；而現(xiàn)在的新型風扇已經(jīng)可以實現(xiàn)無級調速，風量的大小再也沒有明顯的檔位，可以實現(xiàn)從高速到停止的無縫切換；

  燃油汽車0-100km/h的加速時間如果小于6s，基本上是和普通百姓無緣的，屬于高端奢侈消費產品；而各類電動汽車的橫空出世，直接把這個指標縮短到5s以內，并且將整體落地價格做到僅僅幾十萬甚至十幾萬，讓消費者輕松實現(xiàn)超跑夢想。

  ...

  以上幾個例子在我們身邊觸手可及，雖然大家未必能看到實實在在的變頻器，但實際上在這些設備的背后或內部，其實都有變頻器或者變頻裝置正在為大家默默的奉獻著。

  為什么曾經(jīng)讓人感到難受的電梯現(xiàn)在卻變得很舒適；以往難以獲得的推背感而今輕易就達到了呢？這其實都是因為變頻技術的應用而帶來的效益和改善。

  通過使用變頻器，電梯改善了其啟動/停止時的加速度曲線，讓轎廂的運行更加平穩(wěn)，從而讓人們獲得更舒適的乘坐體驗；借助變頻裝置對風扇電機轉速的調節(jié)，使其運轉和變速更加順暢、舒緩；混動汽車加入變頻逆變裝置，將電池中的直流電變?yōu)榻涣麟?，驅動電機和發(fā)動機同時工作，輕松實現(xiàn)以前需要超大馬力發(fā)動機才能實現(xiàn)的加速度。

  而在工業(yè)領域，同樣也有著龐大基數(shù)的變頻器正在為改善人們的生活而服務于各行各業(yè)。

  簡單來說，用戶使用變頻器主要是為了解決這幾個問題：

  生產工藝需要

  變頻器需要在工業(yè)生產中，幫助機器設備完成一些最基本的應用功能。

  ■速度控制

  由于生產節(jié)拍和產品物料的不同，設備需要靈活調整物料傳送的運行速度。

  通過在物料輸送電機的電源側增加變頻器，借助其可變頻率的交流電輸出，即可根據(jù)需要隨時調整物料輸送電機的轉速，從而實現(xiàn)對物料傳送速度的靈活可調。

  如《什么是變頻器》一文中所說：

  n=60f（1-s）/p

  ●n為電機轉速（r/min）；

  ●f為電源頻率（Hz）；

  ●s為轉差率；

  ●p為電機繞組極對數(shù)；

  變頻器通過改變輸出電源頻率f，從而達到改變電機轉速n的目的。

  ■轉矩控制

  在一些諸如收放卷的應用中，需要精確控制物料所承受的拉力，常規(guī)的方式是采用張力控制器（如磁粉張力控制器）；而現(xiàn)在越來越多的用戶開始采用變頻器來進行張力控制。

  變頻器控制電機轉矩的理論依據(jù)主要是以下兩個式子：

  電機功率：

  P=1.732*U*I*cosφ

  ●P：功率（w）；

  ●U：電壓（V）；

  ●I：電源電流（A）；

  ●cosφ：功率因數(shù)，即電壓與電流相位差角度的余弦函數(shù)；

  電機轉矩：

  T=P/n

  ●T：電機轉矩（Nm）；

  ●P：電機功率（w）；

  ●n：電機轉速（rad/s）；

  從上面這兩個式子不難看出，通過調節(jié)電機的電源電壓、電流和轉速，就可以達到控制電機輸出轉矩的目的了。

  ▲并非所有的變頻器都能夠進行轉矩控制，只有矢量控制型或直接轉矩控制型變頻器才支持轉矩控制。

  節(jié)能增效

  多數(shù)的風機/水泵，如果需要進行風量或者流量的調節(jié)，只要不是一直保持在恒速運行，那么使用變頻器就可以達到非常好的節(jié)能效果。

  以水泵為例，我們來看下這張圖：

  當電機轉速從N1變到N2時，

  流量的變化關系如下：

  Q2/Q1=（N2/N1）

  揚程的變化關系如下：

  H2/H1=（N2/N1）^2

  其電機軸功率P的變化關系如下：

  P2/P1=（N2/N1）^3

  通過以上公式可以看到，電機的軸功率P是與電機的轉速成3次方關系的；即：

  電機轉速降低一半，功率將僅為原來的1/8！

  所以，對于風機泵類負載來說，通過使用變頻器來降低電機轉速是可以達到極為顯著的節(jié)能效果的。

  現(xiàn)在越來越多的游輪及工程船舶采用電力推進裝置，通過使用變頻裝置將內燃機發(fā)出的電力經(jīng)過整流逆變輸送給推進電機，再帶動螺旋槳旋轉驅動船舶的行進。這種方式比起傳統(tǒng)內燃機直接驅動螺旋槳的方式看起來似乎是多此一舉，增加了能源消耗；而實際上這恰恰是利用了電機的高效率及上述功率與轉速的3次方關系，在降低螺旋槳轉速的同時，大大降低了電機的輸出功率，同時讓內燃機始終工作在高效率點，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

  另外，變頻器的使用，還可以讓電機對電網(wǎng)不再呈現(xiàn)為感性負載，將功率因數(shù)從0.6~0.8提升到0.96甚至0.98，這將極大的降低電機的無功損耗，有助于能源利用率的提高，并因此在節(jié)能方面起到巨大的作用。

  作為逆變電源

  自從電的發(fā)明以來，電能的儲存就只能以直流的方式進行。如何將直流電轉為交流電供電氣設備使用，在變頻逆變裝置出現(xiàn)前一直都是個難題，難點并不是方案的實現(xiàn)，而在于效率的提升。

  以前直流電轉成交流電采用的是直流電機帶動交流發(fā)電機的方案，從能源轉化率來說，直流電機和交流發(fā)電機的效率基本都在70-80%左右，再加上機械損耗，綜合效率充其量也就50-60%。而變頻器則不然，其自身的效率至少在90%以上，能源利用率大大提升。

  變頻器因為有著靈活的頻率調節(jié)特性，許多行業(yè)都將其作為中頻電源并有著非常廣泛的使用，這應該算是變頻器作為逆變電源的另一個應用類型的分支吧。

  降低啟動沖擊電流

  增加電機保護

  嚴格來說，降低沖擊電流及對電機的額外保護，其實是使用變頻器所帶來的額外福利，而并非初始目的。

  要知道，電機直接啟動時的沖擊電流可以達到電機額定電流的5-8倍，這種電流無論是對電機還是電網(wǎng)來說都是一種傷害，對電機的供電裝置也是一種考驗。而由于變頻器能夠對頻率進行無級調制，電機在啟動時可以按照變頻器設定的加速曲線進行緩慢的速度增加，這就避免了電流的突變，可以讓電機啟動電流長時間保持在額定電流以下，直至啟動完成。

  另外，現(xiàn)在變頻器都內置過壓、過流、缺相、過載、過熱、接地、安全...等等各種形形色色的保護功能，盡管多數(shù)情況下我們幾乎感覺不到它們的存在，但是，這些功能在關鍵時刻卻可以對設備起到至關重要的保護作用。

  總之，變頻器的使用場景是在不斷的拓展的，現(xiàn)在的應用領域已經(jīng)遠遠超越了當初發(fā)明者對其在功能上的設想，而如果我們以后在更多新的的場合看到變頻器的應用，也應該不需要感到太過意外。