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什么是变频器?

作者:ABB 发表时间:2021年05月08日 点击:次 本月浏览次数:
如果问问您,什么是最富有生命力的画面?您闭上眼睛,或许脑海里掠过的是这些瞬间: 美好的清晨里水龙头流水潺潺,闷热的会议里空调忽然送来一阵凉爽的风,音乐喷泉在夜空中和星星跳舞,秋日金黄的原野里大风车转动着叶片,游艇在晴空万里下乘风破浪……您可知道,所有这些美好的瞬间都和一个技术宅的工业名词相关,那就是变频器。可变频器究竟是何方神圣呢?
 
如今,能效已经在被提到前所未有的高度。化石燃料在减少,能源需求在上升,环境方面也在制定新的标准。这意味着,能源价格正在承受重重压力,而电力业面临着同样的问题。
能源成本关系到行业中的重要能源用户,它们越来越将降低能耗视作在竞争日益激烈的世界中提高盈利能力的关键。据估计,65%的工业能耗来自电机,因此电机毫无疑问属于重点关注对象。电机的能耗可通过两种方法降低——是高效控制电机的运转速度,二是让电机本身更高效。电机的设计和制造及控制电机的变频器,是ABB的两大专业技术领域,我们显然有责任利用我们的专业技术,减少电机对环境的不良影响。
工业变频器 — 优化电机速度 获得最佳效率
迄今为止,控制电机速度的最有效方法是借助变频器控制。然而,泵系统很多仍然采用节流阀控制,风机系统仍采用叶片控制;而旋转机械则采用齿轮或皮带传动。利用皮带传动、齿轮箱和液压离合器控制速度,都会在不同程度上降低系统效率,并且需要电机时刻以恒速运转。另外,机械传动装置会制造噪音,并且因为位于电机和驱动机械之间,很难进行维修。这些设备乍看好像很经济,但它们实际上都是能源浪费者。
想象一下你一只脚踩油门,另一只脚踩刹车,控制汽车速度的情景吧。让电机以全速运转,同时又进行节流,就是同样的效果;部分输出功率即刻就被浪费。在电机耗用的大约65%的能源中,约有20%被浪费能源的节流机构损失掉。事实上,效率低下的恒速运行和机械控制机构浪费了如此多的能源,以至于如果全球每个工业化国家仅靠采用变频器,就能节省相当于多座发电站发电量的电能。在适当的应用中,变频器可发挥巨大的作用。对于水泵和风机系统而言,采用变频器可将电费减少多达60%。一台半速运行的泵机或风机耗用的能源,只有全速运行的泵机或风机的八分之一。或者,换句话说:运行一台泵或风机所需的功率与速度的三次方成正比。这就意味着,如果流量是100%需要全功率,那么流量为7 5%就需要( 0 . 7 5 )3= 4 2%的功率,流量为50%需要(0.5)3=12.5%的功率。
在电机耗用的大约65%的工业能源中,约有20%被浪费能源的节流机构损失掉。因为速度的小幅降低可让能耗量显著不同,而且很多风机和泵系统很多时间并未以满负荷运行,所以变频器可大量节省能源。与一直以全速运行的电机相比更是如此。多年来,电机和变频器的效率已得到大幅提高。电机效率在过去十年平均提高了3%,而在过去10年推出的用于控制泵和风机速度的ABB交流变频器,估计每年在全球可减少约810亿度的耗电量。这意味着, 如今在用的ABB交流变频器每年可将全球的二氧化碳排放量减少6,800多万吨,相当于和芬兰同样大小的国家(人口数量超过500万人)每年的碳排放量。
如果我们将20世纪80年代制造的普通电机和变频器换成ABB的高效电机和变频器,根据每年的运行时间和能源价格,由于能耗量降低而缩短的投资回收期只有几年。随着用户都在寻求改善各自的能效,这意味着一个潜在、巨大的设备更新换代市场。如果将功率为11千瓦的电机换掉,每年可减排6吨二氧化碳!为此,ABB一直以来只销售11千瓦以上、属于欧盟规定的能效等级最高的标准电机。控制电机速度可带来的另一优势是,它很容易在无需增加投资的情况下满足产量提高的要求,因为对于交流变频器而言,将速度增加5-20%根本不是问题。和让电机以全速运行而通过节流调整流量的浪费能源的方法相比,借助变频器根据工艺需求调整电机速度可节省大量能源。在理想情况下,我们能够到达的境界是,能源可以完全精准地用在需要的时间和地点上,不存在任何浪费。

虽然变频器可带来这些显著的节能优势,但在功率低于2.2千瓦的系统中,97%的电机均不存在任何形式的速度控制机制,这相当于每年在全球销售约3,700万台工业电机。因为现在的各种变频器相比之前尺寸更小、更便宜,单从节能的角度来看,投资这些变频器就是一个可行的选择。过去不投资变频器也许还能理解,因为一台小变频器每千瓦的成本约为3000RMB。但经过几年之后,变频器已经变得更小、更便宜,如今每千瓦的成本低至1000RMB左右。这使得单从节能的角度来看,投资变频器就是一个可行的选择。

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