没有人会质疑,变频驱动器(VFD)在众多负载和转速各异的应用实例表现出的令人印象深刻的节能作用。除了能节省动力和能量外,变频驱动器的效率还有另一个受人关注的原因,与电动机类似,驱动器在部分负载的工作状态下,其效率会出现大幅的下降。目前电动机已经在高能效方面领先了一步,制定出了测试认证的流程和标准。而要想更全面地看待“电动机系统”的效率,就必须认识到VFD的影响。
最近,Hydro-Québec研究学会(加拿大)的能源技术实验室在这一工作领域取得了一定的进展。Hydro-Québec的工程师Pierre Angers 主持的“变频驱动器测试”项目已经分别在2008电动机峰会(瑞士苏黎世)、2009 MEPSA(澳大利亚悉尼)和2009电动机、驱动器和自动化系统会议(美国佛罗里达奥兰多)上进行了展示。
图中所示的是,五种被测品牌的VFD在驱动50马力(37千瓦)电动机时,在不同转速条件下效率的变化
其中在扭矩较小和低转速时效率下降的现象更为明显,幅度也更大。
Angers说:“目前,十分缺乏公开的非全功率状态下的VFD效率的数据。同时,也没有一个公认的VFD效率标准可作为不同品牌的驱动器之间进行比较的参照。”效率通常在100%转速的状态下达到最高,而这恰恰不是你选用变速驱动器的原因,因此,大多数标识出来的效率值实际上是“没有用”的,他解释道。
该项目的目标是为VFD、电动机和VFD-电动机组合建立效率测试程序,使各种VFD系统间的效率比较成为可能。Angers测试了五种主要品牌的VFD,驱动功率分别为10、50和100马力(即7.5、37和75千瓦)的3台感应电动机,在负载和转速不同的情况下的表现。每个测试在“转速百分比”在25-100% 和“额定扭矩百分比”在10-100%的范围之间设置了20个测试点。测试中涉及的驱动器生产商的名称不会被透露。测试时所测量的效率为输出与输入功率之比。
初步结果显示,VFD系统的效率会有2-8%的浮动,这在低负载低转速时尤其明显。VFD效率的品牌差异相比而言几乎可以被忽略(如图所示)。而有些因素却对VFD效率的影响极大,如驱动器的温度、供电电压(和电压失衡)、开关频率和驱动器选项,例如主动前端、反应器和输出滤波器。
Angers的研究中有一个有趣的地方,他以额定转速百分比与扭矩百分比为参考变量,将电动机系统效率的测试结果画成了一张等高线图。于是,典型的输送带应用在效率等高线图上就表现为一条水平横线(扭矩为常数),而泵或风扇应用则表现为三次系统曲线。
这项工作正在成为测试VFD效率草案的基础。目前两部建议性的标准正在酝酿之中,它们是加拿大标准《变频驱动器》(CSA C838)和国际电工协会标准IEC 60034-2-3。
VFD用户可以通过选择与负载要求相匹配的电动机转速来节省能量,同时他们也需要能比较不同品牌电力驱动器的效率,以选择最适合他们的产品。