國(guó)外的變頻器早已有許多專用型，如電梯、車床、造紙機(jī)和化纖生產(chǎn)線等。近20年來(lái)我國(guó)對(duì)變頻器應(yīng)用的一大貢獻(xiàn)就是把通用變頻器通過(guò)一些智能控制單元，廉價(jià)的用到轉(zhuǎn)爐、起重機(jī)、機(jī)床、紡絲機(jī)、造紙生產(chǎn)線、印染設(shè)備及高架旅運(yùn)車上。近年來(lái)又出現(xiàn)了專用變頻器，如注塑機(jī)和抽油機(jī)，以及潛油電泵專用變頻系列等產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)際上的空白。
交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)不但被工礦企業(yè)接受，而且成為電氣傳動(dòng)的中樞，達(dá)到節(jié)電、優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)和降耗的目的，節(jié)電在10%～70%之間。變頻器可以從四個(gè)方面節(jié)電：
1）軟起動(dòng)。一般交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為電動(dòng)機(jī)標(biāo)定電流的6～7倍，變頻調(diào)速起動(dòng)電流不超過(guò)電動(dòng)機(jī)的標(biāo)定電流；2）節(jié)省設(shè)計(jì)冗余。一般都按照使用時(shí)的極端條件設(shè)計(jì)，因而都留有設(shè)計(jì)冗余，有的余量很大，形成大馬拉小車，變頻調(diào)速則可把這部份冗余節(jié)省下來(lái)；3）調(diào)速節(jié)電。按流體力學(xué)原理，軸功率正比速度、轉(zhuǎn)速下降，軸功率變小，這是變頻調(diào)速的主要節(jié)電原理；4）功率因數(shù)高。一般在0. 95以上，節(jié)省無(wú)功功率，減輕了變壓器的負(fù)擔(dān)。
變頻調(diào)速恒壓供水的基本原理
變頻恒壓供水，一般由壓力變送器采樣水壓信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定壓力值比較后產(chǎn)生輸出信號(hào)，再經(jīng)變頻器控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越高，才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。
常用的恒壓供水的方法
交流變頻器為水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。變頻調(diào)速加壓供水，既省掉了高層蓄水池建筑，又減小了水泵容量，從而節(jié)約了電能。交流變頻器是改變交流電源頻率的電力電子設(shè)備。輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。變頻器的一個(gè)模擬輸入通道用于頻率設(shè)定輸入，接收速度給定信號(hào)，控制輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速方便、節(jié)能、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)。
恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能又可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，其功率必須足夠大，在用水量少時(shí)開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這也有兩種配置方案，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，電機(jī)與變頻器間不須切換，但購(gòu)變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。
變頻調(diào)速的節(jié)能作用
1）水泵是自來(lái)水行業(yè)的主要用電設(shè)備。作為缺水耗電的行業(yè)，采用變頻調(diào)速技術(shù)將為自來(lái)水行業(yè)節(jié)電節(jié)水帶來(lái)了生機(jī)。
建筑給水泵絕大多數(shù)是用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，變頻水泵就是通過(guò)變頻供電的水泵。在額定工作點(diǎn)，逆變器供電下的異步電機(jī)效率比普通電機(jī)高2%～3% ，功率損失是最小的，故節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速N 1 = 60f 1 / P式中N 1為同步轉(zhuǎn)速， f 1為定子頻率， P為電機(jī)的磁對(duì)數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N = N 1（ 1―s） = 60f 1 / P（ 1―s）式中s為異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率， s= （ N 1 - N ） / N 1，一般小于3%.
改變頻率就可方便地改變電機(jī)運(yùn)行速度。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。
2）經(jīng)濟(jì)效益分析
變量泵的功率N 1，供水量Q 1與泵轉(zhuǎn)速n 1三者的關(guān)系如下式N 1 / N = （ n 1 / n）3 Q 1 / Q = n 1 / n式中Q―額定流量， Q 1〈Q； N―額定流量Q時(shí)的軸功率， N 1〈N ； n―水泵的額定轉(zhuǎn)速。
在運(yùn)行過(guò)程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可節(jié)約可觀的電能，實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20% ，從而大大降低能耗，節(jié)能效率可達(dá)20%～40%.其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的，最終達(dá)到節(jié)能的目的。
3）因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動(dòng)控制不需要操作人員頻繁操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力。
4）由于變量泵工作在變頻工況，其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。
5）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能由公式P= S×cos ， Q= S×sin ，可知cos越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0. 6～0. 7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容作用， cos≈1，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。
6）由于其節(jié)能效果明顯，所以系統(tǒng)收回投資快，產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。
7）恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電機(jī)電源頻率而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，與靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式相比，具有降低管道阻力和減少截流損失的效能。
綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)，可使水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，既可省掉高層蓄水池建筑，又減小了水泵容量，最終達(dá)到節(jié)能的目的。如果采用降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行控制，就避免了消耗在閥門的有功功率。這樣，在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下，僅需要輸入較低的功率，獲得節(jié)能效果。
發(fā)展
變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在逐步完善的發(fā)展過(guò)程中，由早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。因?yàn)樽冾l恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。在變頻恒壓變量供水當(dāng)中，變頻泵的流量是變化的，當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最大時(shí)，即可保證多泵并聯(lián)恒壓供水，在設(shè)計(jì)上可做到在恒壓條件下工頻泵的效率不變（因工況不變） ，并使其處于高效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的，其工作效率隨流量而改變。因?yàn)椴捎枚啾貌⒙?lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低系統(tǒng)的能耗，改善節(jié)能狀況。
多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水的工作模式通常是這樣的：當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺(tái)變頻泵調(diào)速恒壓供水；當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升；當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速，為用水流量進(jìn)一步增大，由變頻供水控制器控制，自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵投入，該工頻泵提供的流量是恒定的（工頻轉(zhuǎn)速恒壓下的流量） ，其余各并聯(lián)工頻泵按相同的原理投入。在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當(dāng)用水流量下降，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降；當(dāng)頻率下降到零流量的時(shí)候，變頻供水控制器發(fā)出一個(gè)指令，自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)工頻泵使之超出并聯(lián)供水。為了減少工頻泵自動(dòng)投入或超出時(shí)的沖擊，水變頻控制器控制。
交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)不但被工礦企業(yè)接受，而且成為電氣傳動(dòng)的中樞，達(dá)到節(jié)電、優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)和降耗的目的，節(jié)電在10%～70%之間。變頻器可以從四個(gè)方面節(jié)電：
1）軟起動(dòng)。一般交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為電動(dòng)機(jī)標(biāo)定電流的6～7倍，變頻調(diào)速起動(dòng)電流不超過(guò)電動(dòng)機(jī)的標(biāo)定電流；2）節(jié)省設(shè)計(jì)冗余。一般都按照使用時(shí)的極端條件設(shè)計(jì)，因而都留有設(shè)計(jì)冗余，有的余量很大，形成大馬拉小車，變頻調(diào)速則可把這部份冗余節(jié)省下來(lái)；3）調(diào)速節(jié)電。按流體力學(xué)原理，軸功率正比速度、轉(zhuǎn)速下降，軸功率變小，這是變頻調(diào)速的主要節(jié)電原理；4）功率因數(shù)高。一般在0. 95以上，節(jié)省無(wú)功功率，減輕了變壓器的負(fù)擔(dān)。
變頻調(diào)速恒壓供水的基本原理
變頻恒壓供水，一般由壓力變送器采樣水壓信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定壓力值比較后產(chǎn)生輸出信號(hào)，再經(jīng)變頻器控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越高，才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。
常用的恒壓供水的方法
交流變頻器為水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。變頻調(diào)速加壓供水，既省掉了高層蓄水池建筑，又減小了水泵容量，從而節(jié)約了電能。交流變頻器是改變交流電源頻率的電力電子設(shè)備。輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。變頻器的一個(gè)模擬輸入通道用于頻率設(shè)定輸入，接收速度給定信號(hào)，控制輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速方便、節(jié)能、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)。
恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能又可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，其功率必須足夠大，在用水量少時(shí)開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這也有兩種配置方案，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，電機(jī)與變頻器間不須切換，但購(gòu)變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。
變頻調(diào)速的節(jié)能作用
1）水泵是自來(lái)水行業(yè)的主要用電設(shè)備。作為缺水耗電的行業(yè)，采用變頻調(diào)速技術(shù)將為自來(lái)水行業(yè)節(jié)電節(jié)水帶來(lái)了生機(jī)。
建筑給水泵絕大多數(shù)是用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，變頻水泵就是通過(guò)變頻供電的水泵。在額定工作點(diǎn)，逆變器供電下的異步電機(jī)效率比普通電機(jī)高2%～3% ，功率損失是最小的，故節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速N 1 = 60f 1 / P式中N 1為同步轉(zhuǎn)速， f 1為定子頻率， P為電機(jī)的磁對(duì)數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N = N 1（ 1―s） = 60f 1 / P（ 1―s）式中s為異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率， s= （ N 1 - N ） / N 1，一般小于3%.
改變頻率就可方便地改變電機(jī)運(yùn)行速度。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。
2）經(jīng)濟(jì)效益分析
變量泵的功率N 1，供水量Q 1與泵轉(zhuǎn)速n 1三者的關(guān)系如下式N 1 / N = （ n 1 / n）3 Q 1 / Q = n 1 / n式中Q―額定流量， Q 1〈Q； N―額定流量Q時(shí)的軸功率， N 1〈N ； n―水泵的額定轉(zhuǎn)速。
在運(yùn)行過(guò)程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可節(jié)約可觀的電能，實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20% ，從而大大降低能耗，節(jié)能效率可達(dá)20%～40%.其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的，最終達(dá)到節(jié)能的目的。
3）因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動(dòng)控制不需要操作人員頻繁操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力。
4）由于變量泵工作在變頻工況，其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。
5）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能由公式P= S×cos ， Q= S×sin ，可知cos越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0. 6～0. 7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容作用， cos≈1，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。
6）由于其節(jié)能效果明顯，所以系統(tǒng)收回投資快，產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。
7）恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電機(jī)電源頻率而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，與靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式相比，具有降低管道阻力和減少截流損失的效能。
綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)，可使水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，既可省掉高層蓄水池建筑，又減小了水泵容量，最終達(dá)到節(jié)能的目的。如果采用降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行控制，就避免了消耗在閥門的有功功率。這樣，在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣流量的情況下，僅需要輸入較低的功率，獲得節(jié)能效果。
發(fā)展
變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在逐步完善的發(fā)展過(guò)程中，由早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。因?yàn)樽冾l恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。在變頻恒壓變量供水當(dāng)中，變頻泵的流量是變化的，當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最大時(shí)，即可保證多泵并聯(lián)恒壓供水，在設(shè)計(jì)上可做到在恒壓條件下工頻泵的效率不變（因工況不變） ，并使其處于高效率區(qū)工作，變頻泵的流量是變化的，其工作效率隨流量而改變。因?yàn)椴捎枚啾貌⒙?lián)恒壓供水，變頻泵的功率降低，從而可以降低系統(tǒng)的能耗，改善節(jié)能狀況。
多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水的工作模式通常是這樣的：當(dāng)用水流量小于一臺(tái)泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺(tái)變頻泵調(diào)速恒壓供水；當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升；當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速，為用水流量進(jìn)一步增大，由變頻供水控制器控制，自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵投入，該工頻泵提供的流量是恒定的（工頻轉(zhuǎn)速恒壓下的流量） ，其余各并聯(lián)工頻泵按相同的原理投入。在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當(dāng)用水流量下降，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降；當(dāng)頻率下降到零流量的時(shí)候，變頻供水控制器發(fā)出一個(gè)指令，自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)工頻泵使之超出并聯(lián)供水。為了減少工頻泵自動(dòng)投入或超出時(shí)的沖擊，水變頻控制器控制。
