在許多應用中，在交流電動(dòng)機的上游添加變頻驅動(dòng)器(VFD)可以降低能耗，減少峰值需求并提高功率因數。在啟動(dòng)和運行期間降低電動(dòng)機速度可以削減維護成本，增加正常運行時(shí)間并延長(cháng)設備壽命。盡可能降低電動(dòng)機速度可以減輕電動(dòng)機及其連接設備的壓力。無(wú)論是應用程序泵，物料輸送機還是自動(dòng)化設備，都可以通過(guò)計算和限制系統的最大必要速度，以及在啟動(dòng)和停止時(shí)平滑加速和減速來(lái)減少維護。

盡管本文的主要重點(diǎn)是顯示降低電機速度如何降低維護和維修成本，但使用VFD在某些應用中還可以節省大量能源。根據美國能源部的出版物“可調速驅動(dòng)器的部分負載效率”，將旋轉設備的速度降低20%可以將輸入功率需求降低大約50%。根據IHS Technology的研究，這一點(diǎn)尤為重要，該研究發(fā)現，對于工廠(chǎng)中使用的普通電動(dòng)機，電動(dòng)機總擁有成本的96%由其終生用電量構成。維修和保養費用占另外2%，購買(mǎi)費用占剩余的2%。

負責IHS Technology旋轉機械和控制裝置的分析師凱文·席勒(Kevin Schiller)表示，很難計算出連接至電動(dòng)機的VFD的平均投資回報率。在進(jìn)行此類(lèi)計算時(shí)要考慮的變量包括電動(dòng)機規格(包括額定功率，電動(dòng)機效率，電動(dòng)機類(lèi)型)，應用(最常見(jiàn)的是泵，風(fēng)扇和壓縮機)，電動(dòng)機運行情況(包括電動(dòng)機的啟動(dòng)/停止頻率，在不同的負載百分比，電機運行天數，以前使用機械節流的情況下的運行時(shí)間以及其他成本因素(例如回扣/激勵措施，電價(jià)和VFD效率)。

席勒說(shuō)，驅動(dòng)器附件的其他好處可以減少投資回收期，包括減少電動(dòng)機應力和延長(cháng)電動(dòng)機壽命，減少涌入電流，以及在具有這種功能的驅動(dòng)器上實(shí)現可再生的節省和諧波的緩解。

席勒說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，供應商報告說(shuō)，客戶(hù)在做出電機系統購買(mǎi)決定時(shí)最多期望2年的投資回報。一些供應商已經(jīng)相應地改變了策略，計劃免費提供更節能的設備，并從安裝后實(shí)現的節能中收取費用。這在改造方案中更常見(jiàn)，尤其是在樓宇自動(dòng)化應用(例如HVAC設備)中。

考慮最常見(jiàn)的電動(dòng)機故障原因時(shí)，電動(dòng)機軸承和損壞的定子繞組位于頂部或頂部附近。兩者合計，軸承和繞組問(wèn)題占電機故障的一半以上。較少的電動(dòng)機旋轉可減少磨損，因此降低電動(dòng)機速度可增加轉子和軸承的使用壽命。以較低的速度運行還會(huì )減少動(dòng)態(tài)和靜態(tài)負載以及熱，振動(dòng)和沖擊應力。

從停止狀態(tài)緩慢上升到運行速度，并以較低的速度運行電動(dòng)機，這可以減少電動(dòng)機軸承，電動(dòng)機繞組絕緣層和連接的機械組件的磨損，從而延長(cháng)電動(dòng)機的使用壽命。從理論上講，降低電動(dòng)機速度以在泵和風(fēng)扇上提供50%的流量將使馬力要求降低到100%流量時(shí)所需功率的1/8。減少了工作量，因此減少了磨損。

工作量減少，發(fā)熱量也減少，從而延長(cháng)了絕緣壽命。定子繞組的絕緣壽命受到熱量的不利影響，電動(dòng)機運行速度較慢通常會(huì )降低熱負荷。在降低速度時(shí)，對于所有類(lèi)型的電動(dòng)機，在可變轉矩負載應用中，繞組壽命都會(huì )增加。對于使用全封閉不通風(fēng)(TENV)，全封閉鼓風(fēng)機冷卻(TEBC)或防滴力通風(fēng)(DPFV)電機的大多數恒轉矩負載過(guò)程，情況也是如此。在恒轉矩負載下運行全封閉風(fēng)扇冷卻(TEFC)電動(dòng)機時(shí)，由于溫度升高，在低速下絕緣壽命可能會(huì )降低，因此可能會(huì )運行得太慢。

每個(gè)過(guò)程，輸送機和設備應用程序在任何給定的時(shí)間點(diǎn)都具有最佳速度。該最佳速度可以以每分鐘加侖，每秒英寸，每分鐘的零件等表示。保持速度接近此最佳點(diǎn)可以幫助降低維護成本。

VFD提供了調整工作量以匹配負載的功能。一些過(guò)程需要調節流量或壓力。具有比例積分微分(PID)控制的交流變頻器可以控制泵的速度，從而控制流量或壓力。該速度調節可能比流量控制閥將多余的流量?jì)A倒回油箱更有效。交流傳動(dòng)控制系統減少總流量或所輸送壓力的能力還可以實(shí)現平穩的變化率，例如減少水錘效應，該效應可能會(huì )給電動(dòng)機，泵，閥門(mén)和過(guò)程管道帶來(lái)壓力。

不必要的高電動(dòng)機速度會(huì )影響電動(dòng)機所連接的任何設備。機械系統和動(dòng)力傳輸受益于較低的負載和應力。很容易看出，線(xiàn)性致動(dòng)器中的滾珠絲杠上過(guò)高的轉速會(huì )產(chǎn)生影響，因為太快的運轉會(huì )導致絲杠彎曲和振蕩。由于機械系統(例如泵，風(fēng)扇和變速箱)中的過(guò)快速度，可能會(huì )發(fā)生其他類(lèi)型的有害影響。

定制設備，例如多工位轉臺，必須滿(mǎn)足周期時(shí)間要求。過(guò)度運行工作臺和相關(guān)執行器會(huì )增加運動(dòng)控制部件(如聯(lián)軸器，軸承，滾子，滾珠絲杠和變速箱)的磨損。控制轉臺電機僅以所需速度運行也可以提高長(cháng)期精度和耐用性。

動(dòng)態(tài)應力(例如高加速度和減速度)，無(wú)論速度如何，都會(huì )引起各種維護問(wèn)題，例如軸承故障以及生產(chǎn)設備中的聯(lián)軸器，皮帶和鏈條斷裂。

與受控啟動(dòng)相比，跨線(xiàn)啟動(dòng)在電動(dòng)機和電氣系統上更難。起動(dòng)和停止是電動(dòng)機運行中壓力最大的部分，因為它們會(huì )引起較高的動(dòng)態(tài)應力，頻繁的起動(dòng)和停止會(huì )增加電動(dòng)機的溫度。

交流變頻器不僅可以控制運行速度，而且還可以降低電動(dòng)機的加減速率。與全線(xiàn)啟動(dòng)器相比，VFD可以減少涌入電流，從而將啟動(dòng)轉矩降低30-75%。這樣可以減少皮帶，齒輪，鏈條，離合器，軸和軸承的磨損。如果必須在輕負載的電動(dòng)機上保持高速，則許多VFD都可以利用內置的可配置電壓/赫茲曲線(xiàn)。利用此功能，輸出電壓相對于輸出頻率降低。在輕載應用中，這種降低的電壓可減少電動(dòng)機中的勵磁損耗并減小電動(dòng)機電流，從而在不犧牲速度的情況下減小了熱應力。

VFD當然并不適合每種應用，但在實(shí)際中，通過(guò)控制速度，加速和減速可以減少維護，增加正常運行時(shí)間并延長(cháng)設備壽命。了解更多電機專(zhuān)業(yè)知識及技巧，可加入電機行業(yè)內qq群136274082，業(yè)內專(zhuān)業(yè)老師傅解答。