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變頻器無法節(jié)能省電的分析

20221209V1戴政耀

在百度網(wǎng)站里面針對變頻器是否節(jié)能省電有許多錯誤的回答容易讓讀者誤解。本檢討文件從變頻器整個供電系統(tǒng)的影響深入淺出提出來大家共同探討。注意：下面的探討指的變頻器在市場上普遍銷售現(xiàn)象（一般較少購買諧波補(bǔ)償裝置及高頻抑制裝置），變頻器指的是電壓型PWM變頻器，中高電壓變頻器指的是市場上普遍的多電平變頻器。另外，變頻器制造廠不一樣各種損耗也有變化，但是損耗原理相同。

1. 變頻器功率因數(shù)很高是誤解

變頻器的功率因數(shù)很低才是對的，因為變頻器的輸入側(cè)是濾波電容，導(dǎo)致電網(wǎng)電流為尖峰電流，使用傳統(tǒng)儀表檢測無法捕捉到尖峰電流，所以傳統(tǒng)儀表看到的數(shù)據(jù)都是假的。尖峰電流由諧波組成，諧波導(dǎo)致進(jìn)線變壓器異常發(fā)熱損耗加大（鐵損），突波電壓導(dǎo)致絕緣擊穿線圈燒毀的可能（v=-Ldi/dt），諧波還影響到二次變電所的供電品質(zhì)，這就是為什么電力公司派員到變頻器大用戶站崗的原因（因為進(jìn)線變壓器是電力公司的財產(chǎn)也影響到二次變電所供電穩(wěn)定性）。所以，變頻器的功率因數(shù)很低而不是很高。

2. 運行在50HZ工頻時使用變頻器更省電

這是不可能的事情，電氣里每一個裝置都要耗電，低壓變頻器需要消耗約15%的運行損耗，中高壓多電平變頻器的運行損耗為25%左右，不相信嗎？看看下面的損耗分析吧。

這個問題還沒有結(jié)束，變頻器帶來了電網(wǎng)諧波污染以及無線電干擾（EMI）還需要購買諧波補(bǔ)償及高頻抑制裝置（電網(wǎng)環(huán)境污染），用戶需要添置功率因數(shù)改善裝置（三相及直流電抗器）、輸入濾波器、輸出濾波器等，這些裝置每一個都要耗電1-5%，抑制裝置的電感量越大-損耗越大-效果越好-成本越高。

這個問題還沒有結(jié)束，你買到的任何諧波補(bǔ)償裝置及濾波器都無法100%解決變頻器產(chǎn)生的電網(wǎng)污染，只能頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳，所以后續(xù)投入還等著呢。

所以變頻器運行在工頻時低壓用戶的損失約運行功率的15%以上，中高壓用戶的損失約25%以上。

3. 變頻器是節(jié)能省電的代名詞

這句錯誤的話已經(jīng)影響了整個工業(yè)、商業(yè)的節(jié)能省電正確性，由于變頻空調(diào)的不當(dāng)廣告就連一般百姓都誤解了。有許多中大企業(yè)老板都認(rèn)為這句話是真的。其實不然，電機(jī)驅(qū)動控制里面有許多使用變頻器都是浪費能源，特別是流體機(jī)械負(fù)載，也就是風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、中央空調(diào)系統(tǒng)等使用變頻器大都是浪費能源的應(yīng)用，

原因之一；就是這些負(fù)載設(shè)計時的最高效率就在額定轉(zhuǎn)速下，你改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速還能最高效率運行嗎？所以現(xiàn)在變頻器用戶在流體機(jī)械驅(qū)動都是當(dāng)軟起停控制。

原因之二；低壓變頻器有運行損耗15%，多電平中高壓變頻器有25%的運行損耗，這些損耗計算進(jìn)去了嗎？應(yīng)該沒有。因為這些損耗你不知道，變頻器制造廠是不會說的秘密。

原因之三；變頻器帶來嚴(yán)重的電網(wǎng)環(huán)境污染問題，包括電網(wǎng)諧波污染以及無線電干擾問題必須投資購買相關(guān)抑制設(shè)備解決，而且這種污染無法完全解決。

原因之四；驅(qū)動電機(jī)的壽命嚴(yán)重縮短，驅(qū)動電機(jī)異常發(fā)熱（鐵損增加），電機(jī)線圈絕緣隨時擊穿（尖峰電壓），PWM電磁噪音讓你的操作工人耳背聽力下降（家里的老婆大部分是用吼的）。

原因之五；整個車間的溫度上升，必須加大空調(diào)運行；進(jìn)線變壓器、變頻器、諧波補(bǔ)償、濾波器、電纜線、驅(qū)動電機(jī)哪一個都是異常發(fā)熱現(xiàn)象，這些熱量必須空調(diào)來降溫，電費又增加了。

4. 使用變頻器就是節(jié)能省電  錯誤理解；變頻器本驅(qū)動系統(tǒng)身不節(jié)電還要消耗額外運行損耗（低壓15%-中高壓25%），同時產(chǎn)生嚴(yán)重的電網(wǎng)環(huán)境污染問題需要去投資治理解決。

5. 注塑機(jī)要節(jié)電需要變頻器 錯誤觀念，變頻器只能使用軟起停功能，油泵電機(jī)不能調(diào)速，如果使用變頻器會增加驅(qū)動系統(tǒng)運行損耗15%及帶來的環(huán)保污染問題。

6. 變頻器可以取代軟啟動器 變頻器不能旁路運行，無法取代軟啟動器，相反的，瘦斯達(dá)軟起動器采用間歇式起?？刂瓶梢蕴娲冾l器在流體機(jī)械節(jié)能驅(qū)動控制。

7. 風(fēng)機(jī)、水泵使用變頻器才能節(jié)能省電 觀念錯誤，風(fēng)機(jī)、水泵原始設(shè)備都是不允許調(diào)速，如果使用變頻器會增加驅(qū)動系統(tǒng)運行損耗（低壓15%，中高壓25%）及帶來的環(huán)保污染問題。

8. 風(fēng)機(jī)水泵要節(jié)能就要使用變頻器驅(qū)動 應(yīng)該是流體、液壓、電磁閥控制不能使用變頻器-因為負(fù)載不允許調(diào)速（已經(jīng)是最優(yōu)、最高效率設(shè)計了，調(diào)速就會劣化驅(qū)動性能）。風(fēng)機(jī)、水泵如果要使用變頻器驅(qū)動節(jié)能控制必須核算節(jié)能空間并將驅(qū)動系統(tǒng)按照調(diào)速范圍設(shè)計選型。

9. 變頻器對電網(wǎng)環(huán)境污染影響

9-1.變壓器諧波污染：這是目前電力公司最關(guān)注的事情，因為不只會傷害到變壓器而且還影響到二次變電所的供電系統(tǒng)質(zhì)量。由于變頻器的輸入端是整流濾波，因此電網(wǎng)電流不是正弦波而是尖峰脈沖電流，這種電流會產(chǎn)生脈沖電壓疊加到正弦波上面而破壞變壓器線圈的絕緣導(dǎo)致層間短路燒毀變壓器，另外諧波導(dǎo)致大量的鐵損，因此變壓器效率降低，大幅度發(fā)熱運行效率降低，這個損耗有可能用戶不必承擔(dān)，而是電力公司。

9-2.無線電干擾（EMI）；變頻器IGBT高速切割電壓產(chǎn)生無線電脈波并通過電機(jī)線發(fā)射形成無線電干擾，無線電干擾有傳導(dǎo)、輻射、感應(yīng)等方式；對周圍附近的自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾，工廠電氣工程師每日窮于應(yīng)付變頻器的無線電干擾問題。

9-3.電磁噪音：變頻器驅(qū)動電機(jī)因PWM原理造成電磁噪音，噪音造成員工耳背現(xiàn)象，目前Fc載波頻率約1-20 kHZ，載波越高則噪音越?。撾x音頻范圍），但是系統(tǒng)效率越低、干擾越大。

9-4.尖峰脈沖電壓：由于PWM產(chǎn)生的脈沖電流與電機(jī)輸入電纜線形成疊加電壓在電機(jī)線圈上面，而電機(jī)線圈耐壓一般為800V左右，故非常容易被突波高壓擊穿形成層間短路，此現(xiàn)象在電機(jī)線較遠(yuǎn)或潮濕腐蝕環(huán)境更明顯。

9-5.開關(guān)器件的影響，由于變頻器的電流是尖峰脈沖，在各種開關(guān)的觸點導(dǎo)致局部發(fā)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致開關(guān)器件壽命嚴(yán)重減短。

9-6.到處異常發(fā)熱 使用變頻器后電網(wǎng)供電系統(tǒng)所有的開關(guān)器件、變壓器、電纜線（集膚效應(yīng)）、驅(qū)動電機(jī)都會異常發(fā)熱，因為變頻器電流電壓都不是正弦波，高頻諧波產(chǎn)生鐵損異常熱量導(dǎo)致大幅度增加車間空調(diào)費用。

10. 變頻器的運行損耗有哪些？

變頻器的運行損耗從電網(wǎng)變壓器開始估算，包括：

10-1.進(jìn)線變壓器損耗增加2-3%，由變壓器所有權(quán)單位承擔(dān)。

10-2.變頻器自身損耗由導(dǎo)通+開關(guān)損耗（與Fc成比例）相加；約2-5%。

10-3.集膚效應(yīng)，變頻器到電機(jī)之間的電線異常發(fā)熱（與Fc、電線長度成比例），

10-4.驅(qū)動電機(jī)損耗增加：鐵損增加5-10%左右（電機(jī)外殼可以煮雞蛋）（與Fc成比例）.

10-5.負(fù)載運行效率下降（沒有估算），

10-6.諧波抑制裝置（諧波補(bǔ)償） 損耗3-5% 交流電抗器及直流電抗器，抑制效果與電感量（損耗）成比例.

10-7.高頻抑制裝置 （噪聲濾波器）：輸入及輸出各0.5-2%（高頻濾波器損耗與Fc成比例）。

11. 多電平變頻器不是中高壓電機(jī)節(jié)能產(chǎn)品  

許多企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)都被誤導(dǎo)了。中高壓變頻器因為增加一個移相變壓器（移相變壓器的效率在滿載效率最高只有90%而已）所以中高壓變頻器最高運行效率只有75%而已，相信知道多電平變頻器損耗真相后很多人會被嚇到，同時也真正的了解變頻器不省電的原因。

12. 變頻器對驅(qū)動電機(jī)的影響  變頻器對電機(jī)的影響相對重大，請參考下列資料；

12-1. 電機(jī)外殼溫升提高10%以上（與Fc成比例）。

12-2. 電機(jī)線圈處于絕緣劣化邊緣，因為突波電壓疊加在工作電壓上面（與Fc成比例）。

12-3. 電機(jī)軸承故障率提高，電腐蝕現(xiàn)象在潮濕地方更明顯。

12-4. 電機(jī)運行效率下降約10%（與Fc成比例）。

12-5. 電機(jī)PWM電磁噪音嚴(yán)重，員工耳背現(xiàn)象（與Fc成反比例）。

12-6. 電機(jī)震動加大。

12-7. 電機(jī)壽命大幅度減少。

12-8. 電機(jī)故障率大大提高。

13. 運行損耗是什么？ 運行損耗就是運行的功率中的一定百分比是損耗，低壓變頻器約有15%的運行損耗，如果運行功率為60kW，那么損耗就是9kW，中高壓多電平變頻器的驅(qū)動損耗為25%，如果運行功率為800kW，那么運行損耗就是200kW。

14. 變頻器是綠色節(jié)能產(chǎn)品？ 絕對不是，恰好相反，變頻器沒有增加諧波補(bǔ)償及高頻抑制裝置前是環(huán)境污染最嚴(yán)重的電氣產(chǎn)品，變頻器是環(huán)境污染制造者，對電網(wǎng)諧波污染、無線電干擾、用電開關(guān)器件異常發(fā)熱，驅(qū)動電機(jī)異常發(fā)熱外還有尖峰電壓破壞絕緣及電腐蝕現(xiàn)象等，正常壽命嚴(yán)重縮短。

15. 空氣壓縮機(jī)要節(jié)能省電就要使用變頻器 應(yīng)該是流體、液壓、電磁閥控制負(fù)載不能使用變頻器-因為負(fù)載不允許調(diào)速，變頻器當(dāng)作軟起動使用需要付出15%額外損耗還要承擔(dān)電網(wǎng)污染及環(huán)境污染問題。

16. 變頻空調(diào)最省電 錯誤，因為壓縮機(jī)不允許調(diào)速，而且變頻器驅(qū)動系統(tǒng)約有15%運行損耗；只有旁路運行的能效比最高（因為負(fù)載運行在最高效率）。如果壓縮機(jī)制造廠說他們使用可調(diào)速壓縮機(jī)呢？那么轉(zhuǎn)速與效率曲線能否提供？任何驅(qū)動系統(tǒng)不可能調(diào)速后效率還是保持最高?？照{(diào)要節(jié)能就不能使用變頻器，必須使用壓縮機(jī)間歇性起?？刂萍夹g(shù)才會運行在最高效率（最高能效比）。

17. 變頻器功率因數(shù)很高 錯誤，變頻器的功率因數(shù)很差才對。因為變頻器輸入側(cè)尖峰電流傳統(tǒng)電表、鉗表無法感測到，而沒有諧波補(bǔ)償裝置的變頻器功率因數(shù)都很低。主要原因在于輸入電流不是正弦波；相同的道理，直流電機(jī)控制器為可調(diào)整流器（Converter）沒有諧波補(bǔ)償裝置輸入功率因數(shù)也是很差-不是很好。

18. 中高壓電機(jī)要節(jié)能就要使用變頻器來節(jié)能改造 觀念錯誤，該是流體機(jī)械傳動系統(tǒng)不允許調(diào)速，也就是說變頻器不能作為節(jié)能改造的產(chǎn)品。同時，中高壓變頻器節(jié)能驅(qū)動還必須先考慮25%的運行損耗、電網(wǎng)環(huán)境污染、電機(jī)壽命等問題。

19. 流體機(jī)械如何有效節(jié)能控制？

采用最簡單的起停控制，只要匹配合適的軟啟動器，能夠允許多次起動的軟起動特性即可使用。

20. 有沒有比變頻器更好的節(jié)能產(chǎn)品？

有，西普公司已經(jīng)開發(fā)出最先進(jìn)的瘦斯達(dá)產(chǎn)品交流異步電機(jī)節(jié)能驅(qū)動控制產(chǎn)品。

21. 瘦斯達(dá)電壓等級包括哪些范圍？單相、低壓、中高壓全部齊全，驅(qū)動電機(jī)容量可達(dá)65KKW（65MW）。

22. 變頻器制造廠說變頻器的損耗約3-5%左右對不對？ 對也不對，變頻器制造廠說的的是變頻器本身損耗，沒有說明因為使用變頻器帶來的系統(tǒng)額外損耗，所以電網(wǎng)污染、諧波補(bǔ)償、高頻抑制等裝置及驅(qū)動電機(jī)的額外損耗（比不用變頻器損耗加大很多）均被故意忽略了，當(dāng)然。如果變頻器制造廠加上去這些損耗會導(dǎo)致銷售量大減。

23. 變頻器只要降低轉(zhuǎn)速才能省電 錯誤觀念，省電的概念應(yīng)該是作同樣的功消耗更少的電力才對，變頻器降低轉(zhuǎn)速就相對的降低做功，不能使用“省電”這個名詞而是“耗電”。

24. 流體機(jī)械使用變頻器控制最大問題 

變頻器在流體、液壓、電磁閥控制（風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、冷凍機(jī)、注塑機(jī)等）驅(qū)動控制因為負(fù)載不允許調(diào)速，老系統(tǒng)要使用變頻調(diào)速導(dǎo)致設(shè)計參數(shù)變化而無法正常運行；無法節(jié)能還必須額外增加15%（多電平變頻器25%）的運行損耗以及帶來的環(huán)境污染問題付出代價。

25. 注塑機(jī)使用變頻器節(jié)電嗎？

注塑機(jī)的節(jié)電空間是因為液壓壓力到達(dá)后電機(jī)有起動沖擊電流問題而無法停止運行必須采用電磁閥作加載-卸載控制，而電機(jī)空載運行損耗約30-40%，這就是節(jié)能空間。  如果采用變頻器作節(jié)能改造會減產(chǎn)并增加15%的運行損耗、電網(wǎng)諧波污染、電機(jī)PWM電磁噪音污染以及電機(jī)壽命縮短現(xiàn)象。

當(dāng)前注塑機(jī)使用變頻器節(jié)能改造只能使用變頻器的起停功能，沒有調(diào)速功能可以使用，因為注塑機(jī)液壓系統(tǒng)不允許調(diào)速，所以使用變頻器是錯誤的，選擇允許多次起?？刂频能浧饎友b置才是正確的。  

  注塑機(jī)廠家應(yīng)用變頻器后帶來的電網(wǎng)污染（電力公司隨時盯梢）以及驅(qū)動電機(jī)溫升提高導(dǎo)致空調(diào)電費提高，PWM電磁噪音嚴(yán)重（員工耳背現(xiàn)象嚴(yán)重），無線電干擾問題嚴(yán)重造成附近機(jī)臺誤動作現(xiàn)象隨處可見（電氣搶修班日夜待命現(xiàn)象），而且電機(jī)壽命嚴(yán)重縮短。

26. 擠出機(jī)使用變頻器最省電嗎？ 原來擠出機(jī)器都有變速齒輪箱（恒功率系統(tǒng)），但是現(xiàn)在很多廠家都改成變頻器來調(diào)速（恒轉(zhuǎn)矩特性），導(dǎo)致擠出行業(yè)要額外增加15%的運行損耗，也就是增加15%的流動電費，還要面對嚴(yán)重的環(huán)境污染問題無法有效解決。因此，擠出機(jī)械最佳驅(qū)動方案是選擇允許多次起停控制的瘦斯達(dá)軟起動裝置替代變頻器。

27. 流體機(jī)械最合適的節(jié)能改造 風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、冷凍壓縮機(jī)、液壓機(jī)械等負(fù)載原始設(shè)計都是固定速度不可調(diào)速，如果采用變頻調(diào)速將導(dǎo)致正常壽命減短、故障率提高、運行效率下降。采用允許多次起?？刂频氖菟惯_(dá)軟起動裝置才是正確選型。

28. 風(fēng)機(jī)水泵降低轉(zhuǎn)速就能夠節(jié)能省電？不對，降速之后的做功相對的降低（壓力、流量均改變），怎么說節(jié)能省電？轉(zhuǎn)速為零時最省電，對嗎？所以節(jié)能省電應(yīng)該指相同的做功消耗更少的電能才對。

29. 流體機(jī)械如何用變頻器來省電？ 變頻器在流體機(jī)械節(jié)能省電指的是流體機(jī)械在原始設(shè)計方案就是替代擋板閥門來控制流量，整個驅(qū)動系統(tǒng)均已經(jīng)考慮到功率容量足夠大、且在允許的壓力變化范圍內(nèi)。如果事先考慮到這兩個參數(shù)，整個變頻驅(qū)動系統(tǒng)的容量會變大很多（因為轉(zhuǎn)速與功率三次方比例）。所以，用戶需要加大驅(qū)動系統(tǒng)容量選型。

30. 恒壓供水系統(tǒng)使用變頻器最省電？  不對，恒壓供水一般采用并聯(lián)方式，采用變頻器的節(jié)電效果不好，因為變頻器有基本運行損耗，而且一般恒壓供水使用變頻器都是使用在軟起?？刂乒δ?，這樣增加15%能耗又產(chǎn)生電網(wǎng)諧波、電機(jī)噪音污染等問題。

31. 變頻器用戶怎么辦？？

變頻器在廠里的用電比率決定節(jié)能改造與技術(shù)改造的迫切性及投入金額，節(jié)能改造指的是使用變頻器在流體、液壓、電磁閥控制（風(fēng)機(jī)水泵、空氣壓縮機(jī)、冷凍機(jī)、油泵電機(jī)等負(fù)載）節(jié)能驅(qū)動控制后還有很大的節(jié)能空間，低壓變頻器15%以上中高壓變頻器有25%的節(jié)電空間可以做節(jié)電改造；采用瘦斯達(dá)軟起動器間歇式起?？刂颇Ｊ娇梢怨?jié)省變頻器的運行損耗而且沒有環(huán)境污染問題。

技術(shù)改造是解決變頻器產(chǎn)生的電網(wǎng)環(huán)境污染問題，包括諧波抑制以及高頻諧波抑制裝置的購買（當(dāng)然也有更高昂的逆變式整流裝置）?？蛻舯仨毧紤]到技術(shù)改造不只是金錢的投入，更重要的是這些抑制裝置都不是百分百解決問題而且運行時都會耗電（都有2-5%的運行損耗）。當(dāng)然，最簡單最便宜可靠的技術(shù)改造是不要使用變頻器，采用瘦斯達(dá)軟啟動器替代變頻器節(jié)能驅(qū)動控制。

32. 為何一般軟啟動器無法用在流體機(jī)械負(fù)載的節(jié)能驅(qū)動控制？因為一般軟啟動器的起動沖擊電流平均約為4倍左右，沖擊電流太大導(dǎo)致電機(jī)線圈發(fā)熱，交流電機(jī)無法接受多次起動要求。

33. 西普瘦斯達(dá)為何可以使用在流體機(jī)械節(jié)能驅(qū)動控制？因為瘦斯達(dá)的起動沖擊電流最大只有兩倍，多次起動不會影響到驅(qū)動電機(jī)的正常壽命。

34. 變頻器節(jié)電理論大部分立足于流體機(jī)械負(fù)載驅(qū)動控制時功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，調(diào)速就能節(jié)省大量電費的印象深刻，為何“事與愿違”，不但無法省電還要支付更多的電費？

我們知道在流體、液壓、電磁閥控制驅(qū)動控制的轉(zhuǎn)速、壓力、功率（流量）的比例關(guān)系，但是實際上風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、冷凍機(jī)等負(fù)載都已經(jīng)設(shè)計在最優(yōu)且最大壓力、轉(zhuǎn)速、功率以及最高效率的參數(shù)了，用戶不能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，否則機(jī)械負(fù)載會故障損壞、下降效率；所以流體機(jī)械是定速運行系統(tǒng)不能使用變頻器驅(qū)動。

簡單舉例，一臺37kW定速水泵要使用變頻器節(jié)能改造，運行時不能超過50HZ轉(zhuǎn)速否則電機(jī)及水泵會過載燒毀，如果降低轉(zhuǎn)速流量就會下降三次方做功，運行時間拉長許多倍，壓力揚程平方下降，壓力（揚程）不足時電機(jī)會空轉(zhuǎn)。那么只有按照相同的原理加大水泵、驅(qū)動電機(jī)的容量，同時加大壓力來設(shè)計管路；因為驅(qū)動系統(tǒng)必須依據(jù)最大功率最大揚程（壓力）、最大容量來設(shè)計選型，這樣的結(jié)果不是用戶所期待的結(jié)果。

35. 為什么近幾年生產(chǎn)力沒有提高而電力公司還是到處限電拉閘？答案是變頻器用太多了，使用變頻器在流體機(jī)械造成浪費能源，錯誤使用變頻器后不但沒有達(dá)到省電預(yù)期效果，大部分更浪費電力。

36. 如何解決變頻器帶來的問題？ 用戶可以不用變頻器（尋找替代產(chǎn)品）或少用變頻器來解決變頻器帶來的問題。國家標(biāo)準(zhǔn)委員會可要求變頻器制造廠比照香煙在包裝盒上清楚說明損耗與污染數(shù)據(jù)讓購買者普遍認(rèn)識變頻器。另外，請家電制造廠不要再使用“變頻省電”字眼來誤導(dǎo)全體國民；國家的能效比是否也可以考慮調(diào)整修改？

附注：傳統(tǒng)鉗表或整流型指針表測量變頻器的輸入端電流很低的原因是因為這種儀表只能感測50Hz的正弦波電流，無法感測到高頻脈沖電流；實際上變頻器的功率因數(shù)因為諧波原因?qū)е潞艿?，而尖峰脈沖電流傳統(tǒng)儀表無法量測。