自1997年京都議定書(shū)生效以來(lái)，有關(guān)汽車尾氣、溫室效應(yīng)氣體和有效利用能源等問(wèn)題越來(lái)越多地被公眾所關(guān)注，尤其是工業(yè)企業(yè)也在降低溫室效應(yīng)氣體排放方面做了大量的努力，在交通和能源工業(yè)企業(yè)中也獲得了一些成功。盡管如此，部分企業(yè)還是因懼怕虧損而放棄了生產(chǎn)節(jié)省資源且有利于環(huán)保的產(chǎn)品。但是，保護(hù)環(huán)境并非一定要支出價(jià)格昂貴的費(fèi)用，在許多情況下，我們可以在很短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)節(jié)能性設(shè)計(jì)而使用戶的設(shè)備成為環(huán)保型產(chǎn)品。本文介紹的變頻器應(yīng)用就是一個(gè)典型的示例。

工業(yè)產(chǎn)值的增值是用戶關(guān)注的一個(gè)方面，而另一個(gè)方面則應(yīng)是節(jié)約能源與降低有害氣體的排放，這兩個(gè)方面相互矛盾嗎？Ratingen市的自動(dòng)化技術(shù)專家Schneider電子技術(shù)公司認(rèn)為并非如此，這兩方面是能夠統(tǒng)一起來(lái)的，因?yàn)榇蟛糠值哪茉礇](méi)有得到有效地利用，典型的示例就是通風(fēng)機(jī)和流程泵。

電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)節(jié)約能源

在許多應(yīng)用場(chǎng)合中，電動(dòng)機(jī)是用于產(chǎn)生動(dòng)力的，這是如今自動(dòng)化技術(shù)要解決的一個(gè)核心問(wèn)題。據(jù)德國(guó)電氣電子工業(yè)協(xié)會(huì)ZVEI的調(diào)查研究：在整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中每年消耗的電力高達(dá)2750億kWh，這其中很大一部分電力都是用來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的。需要“流量”的工作情況，例如通風(fēng)機(jī)、流程泵或壓縮機(jī)等提供氣體及液體流量的電力設(shè)備，它們消耗的能源接近整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域所消耗能源的三分之二，這一數(shù)字能夠給人留下深刻的印象。但更困難的是如何節(jié)能，這就要首先考慮一下，現(xiàn)今大多數(shù)的“流量”是如何調(diào)節(jié)的。在傳統(tǒng)的流量供應(yīng)設(shè)備中，一般情況下電動(dòng)機(jī)都是直接從電網(wǎng)中獲取電力。這也就是說(shuō)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)電源的頻率直接相關(guān)。若想對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少輸出流量，有多種機(jī)械措施：利用調(diào)節(jié)閥對(duì)壓力和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；利用節(jié)流板或旁通閥進(jìn)行調(diào)節(jié)等（圖1）。而對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)講幾乎沒(méi)有任何改動(dòng)：只有啟動(dòng)和制動(dòng)來(lái)對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；這在通風(fēng)機(jī)或流程泵的應(yīng)用中是可行的。通過(guò)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載可以減小，但其所節(jié)約的能源相對(duì)較少，例如：將通風(fēng)機(jī)的額定流量減少20%，僅僅只能節(jié)約10%的能源。（圖2）

圖1 利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)比利用節(jié)流調(diào)節(jié)方法明顯節(jié)約能源

圖2 利用渦扭矩調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)后，系統(tǒng)將額定輸出流量降低20%后，僅能節(jié)約10%的能源
推出相關(guān)規(guī)定，只為保護(hù)環(huán)境

Schneider電氣技術(shù)公司研發(fā)生產(chǎn)的Altivar系列的變頻器為各種驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了正確的節(jié)能方案。11型、21型及31型的Altivar系列變頻器的功率范圍為0.18~75kW，其不僅能夠節(jié)約能源，不久前還通過(guò)了RoHS（關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令）認(rèn)證（圖3）。這一技術(shù)規(guī)范對(duì)電氣及電子儀器設(shè)備類產(chǎn)品中有害物質(zhì)（鉛、水銀或鎘）的使用做出了明確限制。固定式機(jī)床和設(shè)備不受RoHS技術(shù)規(guī)范的限制。同時(shí)，其也滿足了WEEE技術(shù)規(guī)范（電氣和電子產(chǎn)品廢棄物指令）的要求。61型及71型Altivar系列的變頻器的功率范圍為0.37~500kW，是適合于固定機(jī)床和設(shè)備使用的變頻器（圖4）。盡管此種用途的變頻器不受上述兩個(gè)技術(shù)規(guī)范的限制，但是Schneider公司還是決定按照上述兩個(gè)技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，生產(chǎn)有利于環(huán)境保護(hù)的產(chǎn)品。而實(shí)際研發(fā)生產(chǎn)出的變頻器性能甚至超過(guò)了上述兩個(gè)技術(shù)規(guī)范的要求。例如WEEE技術(shù)規(guī)范要求儀器設(shè)備70%的零部件能夠回收再利用，而Schneider生產(chǎn)的大型機(jī)床設(shè)備用變頻器零部件的回收率已達(dá)到了88%。

圖3 功率范圍為0.18～75kW的11型、21型及31型變頻器系列可滿足RoHS技術(shù)規(guī)范要求，
因此適合于在小型電氣和電子設(shè)備中使用

圖4 功率范圍為0.37～500kW的Altivar 61和71型變頻器家族適合于在固定設(shè)備中使用，
它們滿足了RoHS和WEEE技術(shù)規(guī)范的要求
除此之外，工作在機(jī)床設(shè)備附近的職工聽(tīng)覺(jué)也得到了保護(hù)。變頻器工作中的標(biāo)準(zhǔn)頻率為12kHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聽(tīng)覺(jué)敏感的最高頻率范圍，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)和變頻器工作所產(chǎn)生的噪聲對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)來(lái)講，相對(duì)來(lái)說(shuō)是“安靜的”。

使用時(shí)選擇了，實(shí)踐中節(jié)約了

然而，變頻器的研發(fā)生產(chǎn)不僅僅是為了保護(hù)環(huán)境。不同的應(yīng)用實(shí)例已經(jīng)證明：使用變頻器可以做到真正節(jié)約能源。例如，La Rochelle公司工業(yè)用水供應(yīng)站的流程泵使用變頻器調(diào)節(jié)后可以節(jié)約20%~25%的能源（圖5）；法國(guó)Nantes市TEMIC Semiconducters公司利用變頻器調(diào)節(jié)的中央通風(fēng)設(shè)備每年可以節(jié)省127000kWh的電力（圖6），而在這一技術(shù)改造項(xiàng)目中他們共投入了35670歐元的資金。在13個(gè)月內(nèi)，他們的投資可以利用節(jié)約的電力費(fèi)用收回投資成本；換一種說(shuō)法：從第14個(gè)月起他們就開(kāi)始省錢了。由此可見(jiàn)，有利于環(huán)境保護(hù)的措施不一定要付出高昂的代價(jià)，正確的解決方案除了能夠保護(hù)環(huán)境還可以為用戶賺錢。

圖5 La Rochelle公司工業(yè)用水供應(yīng)站的流程泵使用變頻器調(diào)節(jié)后可節(jié)約20%～25%能源

圖6 法國(guó)Nantes市TEMIC Semiconducters公司利用變頻器
調(diào)節(jié)的中央通風(fēng)設(shè)備每年可節(jié)省127000kWh的電力
通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量

利用轉(zhuǎn)速進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，其有著自己不同的特點(diǎn)：它避免了生成許多無(wú)用的脈沖信號(hào)，也避免了人為的減少多余的輸出脈沖。因此，從最初就對(duì)通風(fēng)機(jī)或流程泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是非常有意義的，可以避免輸出多余的流量。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，就要使用變頻器。其在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，從而精確地按照實(shí)際需求輸出所需的流量，并且還能降低能源消耗。使用變頻器是節(jié)約能源的一個(gè)重要手段。此外，使用變頻器后還能降低工作噪聲，并減少發(fā)熱提高設(shè)備使用壽命。