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摘 要：介绍了变频调速异步电动机的节能效应，并结合风机水泵类负载，介绍了变频调速异步电动机在节能降耗方面的实际应用，同时对变频调速异步电动机的控制应用也做了简单的介绍。
关键词：变频调速 异步电动机 节能应用 控制
随着计算机技术和电力电子技术的发展，通用变频器的应用也得到了迅猛发展。采用变频器调速可以提高机械的控制精度、生产效率和产品质量，有利于实现生产过程的自动化，使交流拖动系统具有优良的控制性能，而且在许多生产场合具有显著的节能效果。因此以通用变频器为核心的交流调速系统得到了广泛应用。
1、变频器供电对异步电动机的节能效应。
由流体力学可知，电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。变频器就是通过在相应的负载下调节电机的转速来达到节能的一种电气设备。变频器利用软启动功能将使电机的启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，大大节省了设备的维护费用。另外，在大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗。
2、变频调速异步电动机节能应用。
风机、水泵类是变频调速异步电动机节能应用中较典型的例子之一。风机、水泵类风量和流量的控制在过去很少采用转速控制方式，基本上都是由鼠笼型异步电动机拖动，进行恒速运转。当需要改变风量或流量时，事实上都采用调节挡风板或节流阀的方式。这种控制虽然简单易行，能满足流量要求，但对电机来讲，从节省能源的角度来看是非常不经济的。这类設备一般都是长时间运行，甚至很久不停机。在实际检测中发现，除在极短时间流量达最大值外，近 90%时间运行在中等或较低负荷状态，总用电量至少有40%以上被浪费掉。采用变频器直接控制电机拖动风机泵类负载是一种最科学的控制方法。当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）3，即 51.2%，去除机械损耗、电机铜、铁损等影响，节能效率也接近40%，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。采用变频调速控制传动电动机，对风机、水泵类负载进行转速控制来调节流量的方法，对节约能源、提高经济效益具有非常重要的意义。
3、变频调速异步电动机的控制。
（1）增加供电电源内阻抗。
通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用，内阻抗越大，谐波含量越小，这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时，最好选择短路阻抗大的变压器。
（2）安装电抗器。
在变频器的输入端和输出端串接合适的电抗器，使整流阻抗增大，可以抑制高次谐波电流。
（3）采用变压器多相运行。
通用变频器为六脉冲波整流器，因此产生的谐波较大。如果利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30°。整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法，整流电路的脉波数由6脉波提高到12脉波，可减小低次谐波电流，更好地抑制低次谐波。
（4）对噪声与振动的控制。
电动机的噪声大体有通风噪声、电磁噪声和机械噪声三种。
变频器传动时，由于输出电压、电流中含有谐波分量，气隙的谐波磁通增加，所以噪声变大。其特征如下：由于变频器输出较低的谐波频率与转子固有频率的共振，导致在转子固有频率附近的噪声增大；由于变频器输出的谐波分量使铁心、机壳、轴架等谐波，导致在其固有频率附近的噪声增大。
为了抑制变频器传动引起的噪声，特别是刺耳的噪声与PWM控制的开关频率有关，尤其在低频区更为显著。一般采用以下措施平抑和减少噪声：在变频器输出侧连接交流电抗器。如果转矩有余量，将U/f值定小些，并可采用特殊电动机(对噪声采取了措施)等。
（5）对振动的控制。
电动机振动的原因可分为电磁与机械两种。
电磁原因引起的振动表现为：由于较低次的谐波分量与转子的谐振，其固有频率附近的振动分量增加；由于谐波产生的脉动转矩的影响发生振动，特别是当脉动转矩的频率同电动机转子与负载构成的轴系扭转固有频率一致时将发生谐振。
机械原因引起的振动表现为：电动机轴上有外伸重量等，轴系统的固有频率降低时，如果电动机高速运转，全旋转频率与轴系统固有频率接近，则振动加剧。转子残余不平衡引起离心力与转速的二次方成比例增加，所以用变频器进行高速运转时，振动加大。
为减少谐波产生的电磁力，可以在变频器的输出侧连接交流电抗器，以吸收变频器输出电流中的高次谐波电流成分。使用PAM方式或方波PWM方式变频器时，可改用正弦波PWM或矢量控制方式变频器，以减小脉动转矩。
目前，交流变频调速已成为电气传动的主流，正越来越多的取代传统的直流调速传动系统。变频调速异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠、维护简单等优点，已经普遍应用于现代工业的各领域，在大容量、高转速、高可靠性以及防污染、防爆等方面有着明显的优势。变频调速的异步电动机还具有高效的驱动性能和良好的控制特性，不但可以节约大量电能，而且变频器自动控制性能的进一步改善也为变频调速系统提供了良好的发展前景。因此，开发设计专用的交流变频调速异步电动机具有很好的发展前景。
参考文献：
[1]徐龙海.电动机能效与节电技术.机械工业出版社.2008.8:124.
[2]李维波．MATLAB在电器工程中的应用．中国电力出版社．2006,5:325.
[3]张彦兵．SPWM变频调速应用技术．机械工业出版社．2001,6:43 .
关键词：变频调速 异步电动机 节能应用 控制
随着计算机技术和电力电子技术的发展，通用变频器的应用也得到了迅猛发展。采用变频器调速可以提高机械的控制精度、生产效率和产品质量，有利于实现生产过程的自动化，使交流拖动系统具有优良的控制性能，而且在许多生产场合具有显著的节能效果。因此以通用变频器为核心的交流调速系统得到了广泛应用。
1、变频器供电对异步电动机的节能效应。
由流体力学可知，电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。变频器就是通过在相应的负载下调节电机的转速来达到节能的一种电气设备。变频器利用软启动功能将使电机的启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，大大节省了设备的维护费用。另外，在大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗。
2、变频调速异步电动机节能应用。
风机、水泵类是变频调速异步电动机节能应用中较典型的例子之一。风机、水泵类风量和流量的控制在过去很少采用转速控制方式，基本上都是由鼠笼型异步电动机拖动，进行恒速运转。当需要改变风量或流量时，事实上都采用调节挡风板或节流阀的方式。这种控制虽然简单易行，能满足流量要求，但对电机来讲，从节省能源的角度来看是非常不经济的。这类設备一般都是长时间运行，甚至很久不停机。在实际检测中发现，除在极短时间流量达最大值外，近 90%时间运行在中等或较低负荷状态，总用电量至少有40%以上被浪费掉。采用变频器直接控制电机拖动风机泵类负载是一种最科学的控制方法。当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）3，即 51.2%，去除机械损耗、电机铜、铁损等影响，节能效率也接近40%，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。采用变频调速控制传动电动机，对风机、水泵类负载进行转速控制来调节流量的方法，对节约能源、提高经济效益具有非常重要的意义。
3、变频调速异步电动机的控制。
（1）增加供电电源内阻抗。
通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用，内阻抗越大，谐波含量越小，这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时，最好选择短路阻抗大的变压器。
（2）安装电抗器。
在变频器的输入端和输出端串接合适的电抗器，使整流阻抗增大，可以抑制高次谐波电流。
（3）采用变压器多相运行。
通用变频器为六脉冲波整流器，因此产生的谐波较大。如果利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30°。整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法，整流电路的脉波数由6脉波提高到12脉波，可减小低次谐波电流，更好地抑制低次谐波。
（4）对噪声与振动的控制。
电动机的噪声大体有通风噪声、电磁噪声和机械噪声三种。
变频器传动时，由于输出电压、电流中含有谐波分量，气隙的谐波磁通增加，所以噪声变大。其特征如下：由于变频器输出较低的谐波频率与转子固有频率的共振，导致在转子固有频率附近的噪声增大；由于变频器输出的谐波分量使铁心、机壳、轴架等谐波，导致在其固有频率附近的噪声增大。
为了抑制变频器传动引起的噪声，特别是刺耳的噪声与PWM控制的开关频率有关，尤其在低频区更为显著。一般采用以下措施平抑和减少噪声：在变频器输出侧连接交流电抗器。如果转矩有余量，将U/f值定小些，并可采用特殊电动机(对噪声采取了措施)等。
（5）对振动的控制。
电动机振动的原因可分为电磁与机械两种。
电磁原因引起的振动表现为：由于较低次的谐波分量与转子的谐振，其固有频率附近的振动分量增加；由于谐波产生的脉动转矩的影响发生振动，特别是当脉动转矩的频率同电动机转子与负载构成的轴系扭转固有频率一致时将发生谐振。
机械原因引起的振动表现为：电动机轴上有外伸重量等，轴系统的固有频率降低时，如果电动机高速运转，全旋转频率与轴系统固有频率接近，则振动加剧。转子残余不平衡引起离心力与转速的二次方成比例增加，所以用变频器进行高速运转时，振动加大。
为减少谐波产生的电磁力，可以在变频器的输出侧连接交流电抗器，以吸收变频器输出电流中的高次谐波电流成分。使用PAM方式或方波PWM方式变频器时，可改用正弦波PWM或矢量控制方式变频器，以减小脉动转矩。
目前，交流变频调速已成为电气传动的主流，正越来越多的取代传统的直流调速传动系统。变频调速异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠、维护简单等优点，已经普遍应用于现代工业的各领域，在大容量、高转速、高可靠性以及防污染、防爆等方面有着明显的优势。变频调速的异步电动机还具有高效的驱动性能和良好的控制特性，不但可以节约大量电能，而且变频器自动控制性能的进一步改善也为变频调速系统提供了良好的发展前景。因此，开发设计专用的交流变频调速异步电动机具有很好的发展前景。
参考文献：
[1]徐龙海.电动机能效与节电技术.机械工业出版社.2008.8:124.
[2]李维波．MATLAB在电器工程中的应用．中国电力出版社．2006,5:325.
[3]张彦兵．SPWM变频调速应用技术．机械工业出版社．2001,6:43 .