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本文图片来源：Yaskawa
对于机器控制和其它应用，使用变频器控制电机转速可以节约能源，但这并不像添加一台变频器那么简单。要提高电机控制系统的效率，还需要考虑哪些因素？
除了现代变频器（VFD）具有的诸多功能外，类似以60Hz以外的转速运行交流感应电机也是一件很棒的事情。通过降低电机转速以满足应用需求，变频器降低了保持负载移动所需的功率。最重要的是变频器不以满负荷运行，从而节省能源。
对上述信息，大多数人都已经很熟悉了，因为也无需争论是否应该使用变频器。假设变频器采购已经完成，但这就是使用变频器来省钱的全部吗？就像生活中的大多数事情一样，情况要比这复杂得多。如何充分利用变频器装置以实现节能？
01 正确安装变频器
首先，需要简要讨论一下正确安装变频器的必要性。如果因安装不当，变频器发生爆炸或熔断，那没人能通过降低能源成本来省钱。许多变频器制造商都乐于为经过他们审查或工厂培训的人员安装和接线的产品提供延长保修服务。作为一名工厂培训师，我强烈建议采用被派往工厂实习、且学习正确安装变频器所有细节的安装人员。培训应包括诸多不同场景，以避免错误操作带来的风险。
正确安装可以减少问题出现并延长变频器的寿命。一个好的安装技术人员会注意到可能导致变频器过早发生故障的问题，如环境温度高、电机引线长度长和功率因数校正电容等。如果可以避免早期报废，一些变频器可以使用很长时间，从而大大提高投资回报率。
▲变频器安装有时需要输出电抗器。
02 电机-变频器系统的选型注意事项
变频器本身是节能不可或缺的关键组件，但它只是整个装置的一部分。另外两个最重要的部分是驱动负载的电机以及连接变频器和电机的电缆。
首先，确保电机能够处理变频器所发送的脉宽调制（PWM）电压。一些较老的电机除了效率低下外，其绝缘系统也比较差，可能无法应对变频器产生的电压，并且因电机引线过长而加剧。一般来说，任何电机引线超过100米的应用，都应考虑在电机和变频器之间安装输出电抗器，以确保定子的第一匝（绝缘最薄的地方）不会发生故障。像许多事情一样，需要考虑一个折衷方案。任何一种输出滤波（如负载电抗器）都可能会造成损失。然而，有时效率轻微下降是值得的控制工程网版权所有，因为可以延长电机的使用寿命。
另一个需要考虑的因素是电机规格。应用需要一个能够连续传递负载所需扭矩的电机。规格适中比过大的电动机更可取。负载不足的电机可能会受到较差的功率因数的影响，这会大大降低整个系统的效率。规格过大的电机可能会让人放心，因为所有组件的热损失都远低于其阈值，所以系统不会很快出现故障，但规格合适的电机会更高效。如果选型和安装正确CONTROL ENGINEERING China版权所有，规格合适的电机也可以延长使用寿命，因此权衡的重点是选择最合适的电机。
▲在电机引线过长的变频器应用中，有时需要dv/dt滤波器。
电机电缆的注意事项通常与电缆长度和规格有关。应查阅变频器制造商的安装文件控制工程网版权所有，找到合适的电缆规格。如前所述，除非采取预防措施，否则引线过长会导致电机过早故障。阻抗较大的变化可能会导致来自变频器的PWM脉冲（具有其相应的高dv/dt值）的反射点。这不是一件要么全有要么全无的事情。阻抗差越大，反射的脉冲越多。有时CONTROL ENGINEERING China版权所有，唯一的解决方案是通过滤波来抑制脉冲的陡峭dv/dt。同样，滤波本身也会带来能量损失和额外的安装成本。
03 变频器的自动调谐
通常，电机的额定转速越接近同步转速，电机的效率就越高。为了优化电机的运行，变频器需要电机额定滑差的准确值。在连接到电机时，变频器进行良好的自动调谐，可以产生非常好的电机滑差值。
为了从新变频器中获得最佳的每安培扭矩性能，需要进行适当的自动调谐。变频器的有效自动调谐程序，将有助于驱动器在变频器中建立良好的电机模型。从工厂来看，变频器很可能是为与其规格匹配的典型电机设置的。这意味着变频器中的电机额定电流值将基于NPPA 70：NEC规定的电压和功率值。除此之外，电机模型还需要绕组和磁场的预期损耗值。电机铭牌上很少规定损耗等数值。这些损耗值被命名为“线间电阻（Ω）”和“漏电感（%）”。
▲新型变频器的自动调谐操作很简单，可以更有效地控制电机。
在将一些典型的铭牌值输入变频器后，最好让变频器在电机上进行测试。可以肯定的是，最终结果将显示：运行在与预调电机相同的转速和负载时，输出电流会减少。强烈建议在没有任何负载的电机上运行自动调谐功能。附加负载会使电流和滑差测量值发生偏差。由于电阻随温度变化，自动调谐电机的内部温度也最好接近其正常运行温度。
04 如何处理系统中的负载波动？
帮助变频器从应用中获得最佳效率的另一种方法是培训它如何处理负载波动的情况。在低负载运行期间，将输出电压降低到最佳点有助于最小化功耗并最大限度地提高效率。变频器中的节能模式可以帮助最大限度地提高效率，尤其是风扇和泵中的V/Hz应用。将节能视为扭矩提升的倒数可能会有所帮助。一种是从正常水平增加电压以增加输出转矩，另一种是降低电压以最小化功率，从而更有效地利用电能。
▲在低需求工况下停运变频器有助于节约能源。
有时CONTROL ENGINEERING China版权所有，如果负载过低，变频器可能需要停止运行。这就是所谓的“休眠”。之所以被称为休眠，是因为尽管变频器输出关闭，但它仍处于运行状态，并进行监控，以确定在条件满足时能够再次唤醒以驱动负载。这类操作在泵送应用中很常见，其中泵的应用可以根据需求或一天中的时间而改变。变频器需要编程确定在哪些状态下（例如以最低转速运行或输出压力过低时）才能使其进入休眠或唤醒。
最后一种节能的可能性与俗称的“待机功耗”有关。它指的是设备即使没有打开也能消耗电源。想想液晶平板电视吧。即使设备没有“打开”，也会消耗一定的剩余电源。也许它消耗的功率不大，不值得担心，但想想还有多少其它设备在关闭时也会耗电。然后，将其乘以世界上所有的房屋和企业，担忧就会累积起来。
同样的原理也适用于变频器。即使变频器不运行，它也会通过整流器和母线电容器消耗一部分电流。一些制造商开发了一种功能CONTROL ENGINEERING China版权所有，使用小型直流电源在短时期内为变频器“大脑”供电，同时打开输入断路器。因为大脑仍然有电，所以每当收到新的运行命令时，它可以关闭输入断路器。也许一个变频器在非运行期间消耗的功率不值得增加额外的设备，但如果你有50或100个变频器呢？那么，电力浪费可能是非常严重的。
变频器本身可以使电机转速与负载需求相匹配，从而在节能方面取得巨大胜利。然而，还应考虑其它因素，如电机规格、电缆选择、自动调谐和节能功能，以最限度地实现节能。
关键概念：
■ 了解使用合适的变频器安装技术，如何最大限度地节省能源。
■ 如何选择与变频器和电机匹配的电缆以优化性能。
■ 在波动负载上训练变频器如何帮助提高效率。
思考一下：
您可以采用哪些技术来最大限度地提高变频器的性能和效率？
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