變頻器電氣調(diào)節(jié)異步電機(jī)和永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。此外，避免了在電網(wǎng)內(nèi)直接工作的電機(jī)的力矩沖擊和負(fù)載沖擊。更準(zhǔn)確地說(shuō)，電機(jī)能平緩的，無(wú)極地啟動(dòng)和停止。這一運(yùn)用效果在運(yùn)行性能中體現(xiàn)地越來(lái)越明顯。同樣通過(guò)變頻器的推動(dòng)，可以達(dá)到小心翼翼和舒適的加速和減速。
對(duì)于泵和空壓機(jī)的作用是十分明顯的：整個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈通過(guò)電機(jī)、泵和管道系統(tǒng)來(lái)保證。通過(guò)這一方式，轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)中材料磨損明顯降低了。設(shè)備的使用壽命提高了，維修和維護(hù)成本降低了。能量需求較傳統(tǒng)的沒(méi)有安置變頻器的驅(qū)動(dòng)方案也顯著降低了，通常傳統(tǒng)變頻器的有效功率數(shù)平均在97%左右。也就是說(shuō)，僅有3%理論應(yīng)該被節(jié)省的能量在變頻器自身的啟動(dòng)中被消耗。不僅于此，通過(guò)泵的轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)工作點(diǎn)可以精確地按照每一個(gè)設(shè)備要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖1 泵和空壓機(jī)經(jīng)常在變換的負(fù)荷下工作，因此可以節(jié)約大量的能量
在用可變負(fù)載運(yùn)用中的大經(jīng)濟(jì)效益潛力
在變化的負(fù)載運(yùn)作時(shí)，泵和空壓機(jī)中變頻器的使用能提高功效。其中一個(gè)例子是，在住宅和特殊用途建筑中，高效制冷壓縮機(jī)提供了節(jié)能化的供熱系統(tǒng)：傳統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)僅僅只能進(jìn)行開(kāi)或關(guān)，而高效制冷壓縮機(jī)通過(guò)裝配變頻器，現(xiàn)代化熱泵能自動(dòng)按所需調(diào)節(jié)。
級(jí)聯(lián)泵系統(tǒng)同樣非常適用于多變要求的使用。很多小型的泵能夠承載所需的最大運(yùn)輸量，當(dāng)承載需求較小時(shí)可僅使用一個(gè)泵，剩下的泵則等待各自投入使用。當(dāng)需求承載量增加時(shí)，泵將一個(gè)接著一個(gè)被激活和調(diào)整。當(dāng)需求降低時(shí)，泵又將逐級(jí)停止工作。這個(gè)由變頻器作用下的靈活的開(kāi)啟和關(guān)閉，與不使用變頻器時(shí)相比，明顯地提高了效率和節(jié)省了材料。同樣，也適用于由變頻器調(diào)節(jié)的真空泵，因?yàn)橛袝r(shí)泵也會(huì)面對(duì)快速負(fù)載切換。
首先在節(jié)能的角度下，歐洲ErP-章程(與能源相關(guān)的產(chǎn)品)2005/32/EC和2009/125/EG致力于變頻器的使用。它于2005年被歐洲委員會(huì)通過(guò)：為了在歐盟內(nèi)與能源消耗相關(guān)產(chǎn)品的環(huán)保態(tài)勢(shì)能夠得到調(diào)整。至此，兩個(gè)決定性的工作階段已經(jīng)完成，從2015起要進(jìn)入第三階段。
前兩個(gè)工作階段是定義每個(gè)產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)效益上的優(yōu)先需求。例如，來(lái)自ErP準(zhǔn)則的規(guī)定，從2011年起，只有“節(jié)能等級(jí)IE2或更高等級(jí)“的電機(jī)允許在交通系統(tǒng)中采用。自2015年初起，額定功率為從7.5至375KW的電機(jī)必須嚴(yán)格的遵守節(jié)能等級(jí)IE3，或者采用變頻器控制。永磁電機(jī)(PM電機(jī))滿足了IE3(高級(jí)節(jié)能等級(jí))和IE4(超級(jí)節(jié)能等級(jí))。因此它們推動(dòng)了泵的能源優(yōu)化前行的可能性。
服務(wù)于低轉(zhuǎn)速區(qū)的經(jīng)濟(jì)高效永磁電機(jī)
于此同時(shí)，高效永磁發(fā)機(jī)(PM電機(jī))已經(jīng)達(dá)到了節(jié)能等級(jí)IE4標(biāo)準(zhǔn)甚至更高的要求。所以在這動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)某些供應(yīng)商會(huì)被誤導(dǎo)將它說(shuō)明為IE5電機(jī)，盡管這個(gè)等級(jí)還未被定義。節(jié)能等級(jí)是根據(jù)電機(jī)的額定工作點(diǎn)來(lái)區(qū)分的。當(dāng)?shù)陀陬~定工作點(diǎn)時(shí)，即在部分負(fù)載區(qū)域時(shí)，電機(jī)的節(jié)能性降低了。電機(jī)節(jié)能性的降低，是由其機(jī)械和拓?fù)湫詻Q定的。與異步電機(jī)不同，PM電機(jī)的節(jié)能性在部分負(fù)載時(shí)就已經(jīng)體現(xiàn)了。
PM電機(jī)與變頻器相結(jié)合的一個(gè)重要特征是，電機(jī)通過(guò)變頻器得到最優(yōu)化的調(diào)整，從而獲得想要的節(jié)能性。與三相交流異步電機(jī)相比，PM電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)便是控制范圍，更確切地說(shuō)是部分負(fù)荷范圍：傳統(tǒng)的異步電機(jī)滿足IE3節(jié)能等級(jí)，在額定工作點(diǎn)時(shí)獲得最佳效率，而PM電機(jī)在明顯擴(kuò)大的負(fù)荷范圍內(nèi)，也能相應(yīng)的高效的工作。因?yàn)楸枚鄶?shù)情況下是在部分負(fù)荷時(shí)被驅(qū)動(dòng)工作，這里便獲得了經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，即由于多數(shù)時(shí)候購(gòu)置成本較高，則必須在一至兩年內(nèi)分期償還。
使用這對(duì)高效IE4電機(jī)和相匹配的變頻器，確保了低廉的運(yùn)行成本。舉一個(gè)具體的IE4電機(jī)列子：假設(shè)泵一直(即一天24小時(shí)，一周7天)工作，人們使用更高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)IE4、功率因子為93.6%變頻電機(jī)，來(lái)替代型號(hào)為30-KW-IE2、功率因子為90.7%的變頻電機(jī)，一年就可以節(jié)能7621kWh。改裝IE4電機(jī)后，功率因子提高了2.9%，若以12分/kWh來(lái)計(jì)算，那一年將節(jié)省約900歐元。
但專家們已經(jīng)不再以電機(jī)的額定工作點(diǎn)為參照來(lái)計(jì)算了。因?yàn)橛闪鞒炭刂贫x下的設(shè)備大多是通過(guò)轉(zhuǎn)速參數(shù)來(lái)調(diào)整的。評(píng)價(jià)電機(jī)效率除了額定工作點(diǎn)之外，還有不同的功率因子。電機(jī)在額定點(diǎn)時(shí)是最優(yōu)化的，并視此時(shí)為最佳狀態(tài)，在額定點(diǎn)之外，電機(jī)相對(duì)有著較差的功率因子。由于在電流的計(jì)算方面存在著問(wèn)題，所以至今消費(fèi)者還不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。
2014年秋天公開(kāi)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50598定義了8個(gè)工作點(diǎn)，限定了生產(chǎn)者未來(lái)電機(jī)損耗范圍(圖4)。對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，可以撇開(kāi)額定工作點(diǎn)，直觀的選擇，對(duì)比電機(jī)的節(jié)能性。而泵生產(chǎn)商多虧這一標(biāo)準(zhǔn)，可以在任意工作點(diǎn)參照相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，追溯計(jì)算功率因子，然后優(yōu)化設(shè)備。
整套設(shè)備的系統(tǒng)高效性越來(lái)越重要
從2015年起，Er-P章程的第三階段已經(jīng)制定好了，即“擴(kuò)大的產(chǎn)品演算”。這可以理解為，將來(lái)不再單一關(guān)注單個(gè)組件的節(jié)能性，而是要考慮整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能性。EN50598標(biāo)準(zhǔn)同樣適用，它可以追蹤擴(kuò)大了的產(chǎn)品途徑和定義電氣推進(jìn)系統(tǒng)的有效作用等級(jí)。
歐洲泵制造協(xié)會(huì)得出結(jié)論，關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)比關(guān)注單個(gè)組件能節(jié)能十倍以上。具體地來(lái)說(shuō)，關(guān)注單個(gè)組件僅能節(jié)能5TWh,而關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)則能節(jié)能59TWh。
為了能夠了解整個(gè)系統(tǒng)，首先供應(yīng)商和生產(chǎn)商必須了解每個(gè)所需備貨組件的數(shù)據(jù)。這些可以通過(guò)節(jié)能等級(jí)從數(shù)學(xué)和測(cè)量技術(shù)方面來(lái)查明能量損失。EN50598所給定的有效作用等級(jí)也同樣適用。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60034-30(轉(zhuǎn)動(dòng)電氣機(jī)械-30部分)定義了異步電動(dòng)機(jī)(感應(yīng)電動(dòng)機(jī))的節(jié)能等級(jí)。通過(guò)三相交流電電機(jī)的擴(kuò)大使用，新標(biāo)準(zhǔn)的修訂變的必不可少。 現(xiàn)有的IEC60034-30-1規(guī)定了在工作網(wǎng)絡(luò)中使用的電機(jī)，IEC60034-30-2規(guī)定了變頻器電機(jī)。已公開(kāi)的IEC60034-30-2將從2016年開(kāi)始實(shí)施。
新的標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明了如何計(jì)算極限值
基于擴(kuò)大的產(chǎn)品演算以及EN50598，新的標(biāo)準(zhǔn)是這樣計(jì)劃的：定義由調(diào)節(jié)元件和電機(jī)組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量損失或者說(shuō)損失等級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了極限值，還詳細(xì)說(shuō)明了改如何計(jì)算，這樣就能用全球統(tǒng)一的技術(shù)方法來(lái)比較和測(cè)試制造廠商給出的數(shù)據(jù)。
在泵和空壓機(jī)中使用變頻器有著各種優(yōu)勢(shì)，特別是能效方面，因?yàn)檫_(dá)到了歐洲ErP-準(zhǔn)則所規(guī)定的參數(shù)指標(biāo)。當(dāng)然前提是互相匹配的變頻器和電機(jī)。
