由变频器驱动的电动机节能

该系统的组成结构如图3所示。输出水量为2500L/min以下时，由一台75kW电动机运转；超过这一水量时，用2台150kW电动机，其中常用1台运转，藉调正输出阀按照热负荷的变化，以增减冷水的循环。

在这里（图中），75kW的电动机停止。相应于常用和备用的2台150k 冷却水泵，通过变频器设置1台，能对2台中无论哪一台冷水 泵的运转进行切换。而且，对运转的冷水泵，检测出最上层的水压，藉助PID调正计量仪器保持压力恒定，以进行转速控制。

水泵场合下，实际量程相对于全量程的比率越小，节能的效果则越大。也就是，按照图4所示的流量与电动机输入的关系，例如，在流量50%处，通过变频器驱动控制冷水泵的转速，与对输出阀的控制比较，电动机的输入功率可能减少到一半以下。

表2列出建筑物空调用冷水泵系统一年期间的运转模式与节能效果。在上述引入实例中，每年能削减49200kWh的用电量，每1kWh的电量按0.8元，每1kW的CO2消减量为0.000422吨计，则1年节约的电费近4万元，削减CO2有20.76吨。

对于30年以上早期建设的建筑物，因多数采用中央空调方式，故引入变频器后，可望达到很大的节电效果。但是，当达到如期的节能时，必须对设备的运转工况进行仔细的事前调查和研讨。

表2运转模式

5 对已装好的电动机采用变频器驱动时的注意点

对电动机采用变频器驱动时，对比用正弦波（工频电源）驱动时，由于包含在变频器输出波形内高次谐波的影响，必须注意电动机的温升和变频器的涌浪电压。

5.1 电动机的温度上升

因温度升高10℃，绝缘物的寿命约缩短一半，故电动机的温升是非常重要的问题。电动机采用变频器驱动的情况下，由于高次谐波的影响，损耗增大。与一般用工频电源的驱动比较，电流约增加10%左右，温度上升约增加20%。

下面讨论在低速运转时，冷却效果降低的问题。当电动机转子轴端装有冷却风扇的场合，低频运转时电动机转速低，冷却效果大幅度减小。一般，电动机温升与冷却风量导致的冷却效果之关系，在电动机的损耗相同时，温度的上升△t与转速n成反比关系：

另一方面，在工频以上运转时，因采用变频器输出电压一定的控制，电动机为恒定输出功率特性。此时，电动机电流随着频率的升高而减小，冷却效果也提高，故温度上升方面的问题不大。但由轴承的容许转速、转动部分的强度、噪音、振动等条件，限定了最大的容许转速值。

5.2 变频器的浪涌电压

对于变频器的电源，其换流操作产生浪涌电压。为此，在电动机的线圈处，施加了取决于变频器频率和控制方式的、一定交变周期的浪涌电压，这一浪涌电压对线圈的绝缘将造成大的影响。

而且，在通用变频器中, 电压急速建立因电动机容量、绕线方式等的差异，的电压施加于电动机时，线圈之间的电压分配，在靠近电源测的第一线圈上电压偏高。所以，必须确保线圈之间的绝缘强度及其协调性。

变频器一旦将工频电源整流成直流，因利用开关控制，故输出电压的峰值通常为直流电压E以下（直流电压E为工频电源电压有效值的一定倍数，如AC440V时约DC620V, 其倍数 1.4）。

变频器与电动机之间配线的电感（L）, 配线之间的杂散电容（C）, 在开关切换时因LC共振产生的浪涌电压，将与变频器的输出电压叠加，其结果如图5所示。对比变频器的输出电压峰值，出现了电动机输入侧端子电压升高的现象。该电动机的端子电压峰值，理论上达到最高回路电压（变频器输出电压峰值）的2倍（620 2=1240V），也就是，由于开关切换速度和配线长度的不同，产生的电压也不同。根据其原理，特别
在PWM方式变频器中，浪涌电压是不可避免的。

图6所示为，400系列变频器与电动机之间，相应于配线长度的电动机输入端子电压进行实测的例子。从图6可见，电动机端子电压随配线长度的增加而升高。可确认变频器输出电压约2倍时达到饱和。而且，开关速度更快的IGBT，即使配线长度短，电动机的端子电压也更高。还能确认，配线长度增加时的饱和电压大致是相同的。

下面，在已装设的冷水泵实例中，对变频器驱动场合的节能效果予以介绍。一般，电动机绝缘寿命约为40000h。按照使用环境、条件不能一概而论。电动机的使用时间按一日8h计，绝缘寿命大致标准约15年。并且，对已装设的电动机，大多尚未采取变频器浪涌电压的对策，特别400V级的电动机改为变频器驱动时，会因变频器的浪涌电压导致绝缘劣化而烧损。因此，引入变频器驱动时，建议对电动机的更换也要同时进行研讨。