變頻器電氣調(diào)節(jié)異步電機和永磁電機的轉(zhuǎn)數(shù)。此外，避免了在電網(wǎng)內(nèi)直接工作的電機的力矩沖擊和負(fù)載沖擊。更準(zhǔn)確地說，電機能平緩的，無極地啟動和停止。這一運用效果在運行性能中體現(xiàn)地越來越明顯。同樣通過變頻器的推動，可以達(dá)到小心翼翼和舒適的加速和減速。
對于泵和空壓機的作用是十分明顯的：整個驅(qū)動鏈通過電機、泵和管道系統(tǒng)來保證。通過這一方式，轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)中材料磨損明顯降低了。設(shè)備的使用壽命提高了，維修和維護(hù)成本降低了。能量需求較傳統(tǒng)的沒有安置變頻器的驅(qū)動方案也顯著降低了，通常傳統(tǒng)變頻器的有效功率數(shù)平均在97%左右。也就是說，僅有3%理論應(yīng)該被節(jié)省的能量在變頻器自身的啟動中被消耗。不僅于此，通過泵的轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)工作點可以精確地按照每一個設(shè)備要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖1 泵和空壓機經(jīng)常在變換的負(fù)荷下工作，因此可以節(jié)約大量的能量
在用可變負(fù)載運用中的大經(jīng)濟效益潛力
在變化的負(fù)載運作時，泵和空壓機中變頻器的使用能提高功效。其中一個例子是，在住宅和特殊用途建筑中，高效制冷壓縮機提供了節(jié)能化的供熱系統(tǒng)：傳統(tǒng)的制冷壓縮機僅僅只能進(jìn)行開或關(guān)，而高效制冷壓縮機通過裝配變頻器，現(xiàn)代化熱泵能自動按所需調(diào)節(jié)。
級聯(lián)泵系統(tǒng)同樣非常適用于多變要求的使用。很多小型的泵能夠承載所需的最大運輸量，當(dāng)承載需求較小時可僅使用一個泵，剩下的泵則等待各自投入使用。當(dāng)需求承載量增加時，泵將一個接著一個被激活和調(diào)整。當(dāng)需求降低時，泵又將逐級停止工作。這個由變頻器作用下的靈活的開啟和關(guān)閉，與不使用變頻器時相比，明顯地提高了效率和節(jié)省了材料。同樣，也適用于由變頻器調(diào)節(jié)的真空泵，因為有時泵也會面對快速負(fù)載切換。
首先在節(jié)能的角度下，歐洲ErP-章程(與能源相關(guān)的產(chǎn)品)2005/32/EC和2009/125/EG致力于變頻器的使用。它于2005年被歐洲委員會通過：為了在歐盟內(nèi)與能源消耗相關(guān)產(chǎn)品的環(huán)保態(tài)勢能夠得到調(diào)整。至此，兩個決定性的工作階段已經(jīng)完成，從2015起要進(jìn)入第三階段。
前兩個工作階段是定義每個產(chǎn)品在經(jīng)濟效益上的優(yōu)先需求。例如，來自ErP準(zhǔn)則的規(guī)定，從2011年起，只有“節(jié)能等級IE2或更高等級“的電機允許在交通系統(tǒng)中采用。自2015年初起，額定功率為從7.5至375KW的電機必須嚴(yán)格的遵守節(jié)能等級IE3，或者采用變頻器控制。永磁電機(PM電機)滿足了IE3(高級節(jié)能等級)和IE4(超級節(jié)能等級)。因此它們推動了泵的能源優(yōu)化前行的可能性。
服務(wù)于低轉(zhuǎn)速區(qū)的經(jīng)濟高效永磁電機
于此同時，高效永磁發(fā)機(PM電機)已經(jīng)達(dá)到了節(jié)能等級IE4標(biāo)準(zhǔn)甚至更高的要求。所以在這動力技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)某些供應(yīng)商會被誤導(dǎo)將它說明為IE5電機，盡管這個等級還未被定義。節(jié)能等級是根據(jù)電機的額定工作點來區(qū)分的。當(dāng)?shù)陀陬~定工作點時，即在部分負(fù)載區(qū)域時，電機的節(jié)能性降低了。電機節(jié)能性的降低，是由其機械和拓?fù)湫詻Q定的。與異步電機不同，PM電機的節(jié)能性在部分負(fù)載時就已經(jīng)體現(xiàn)了。
PM電機與變頻器相結(jié)合的一個重要特征是，電機通過變頻器得到最優(yōu)化的調(diào)整，從而獲得想要的節(jié)能性。與三相交流異步電機相比，PM電機的優(yōu)點便是控制范圍，更確切地說是部分負(fù)荷范圍：傳統(tǒng)的異步電機滿足IE3節(jié)能等級，在額定工作點時獲得最佳效率，而PM電機在明顯擴大的負(fù)荷范圍內(nèi)，也能相應(yīng)的高效的工作。因為泵多數(shù)情況下是在部分負(fù)荷時被驅(qū)動工作，這里便獲得了經(jīng)濟上的優(yōu)勢，即由于多數(shù)時候購置成本較高，則必須在一至兩年內(nèi)分期償還。
使用這對高效IE4電機和相匹配的變頻器，確保了低廉的運行成本。舉一個具體的IE4電機列子：假設(shè)泵一直(即一天24小時，一周7天)工作，人們使用更高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)IE4、功率因子為93.6%變頻電機，來替代型號為30-KW-IE2、功率因子為90.7%的變頻電機，一年就可以節(jié)能7621kWh。改裝IE4電機后，功率因子提高了2.9%，若以12分/kWh來計算，那一年將節(jié)省約900歐元。
但專家們已經(jīng)不再以電機的額定工作點為參照來計算了。因為由流程控制定義下的設(shè)備大多是通過轉(zhuǎn)速參數(shù)來調(diào)整的。評價電機效率除了額定工作點之外，還有不同的功率因子。電機在額定點時是最優(yōu)化的，并視此時為最佳狀態(tài)，在額定點之外，電機相對有著較差的功率因子。由于在電流的計算方面存在著問題，所以至今消費者還不能準(zhǔn)確評價。
2014年秋天公開的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50598定義了8個工作點，限定了生產(chǎn)者未來電機損耗范圍(圖4)。對于消費者來說，可以撇開額定工作點，直觀的選擇，對比電機的節(jié)能性。而泵生產(chǎn)商多虧這一標(biāo)準(zhǔn)，可以在任意工作點參照相對應(yīng)的數(shù)值，追溯計算功率因子，然后優(yōu)化設(shè)備。
整套設(shè)備的系統(tǒng)高效性越來越重要
從2015年起，Er-P章程的第三階段已經(jīng)制定好了，即“擴大的產(chǎn)品演算”。這可以理解為，將來不再單一關(guān)注單個組件的節(jié)能性，而是要考慮整個系統(tǒng)的節(jié)能性。EN50598標(biāo)準(zhǔn)同樣適用，它可以追蹤擴大了的產(chǎn)品途徑和定義電氣推進(jìn)系統(tǒng)的有效作用等級。
歐洲泵制造協(xié)會得出結(jié)論，關(guān)注整個系統(tǒng)比關(guān)注單個組件能節(jié)能十倍以上。具體地來說，關(guān)注單個組件僅能節(jié)能5TWh,而關(guān)注整個系統(tǒng)則能節(jié)能59TWh。
為了能夠了解整個系統(tǒng)，首先供應(yīng)商和生產(chǎn)商必須了解每個所需備貨組件的數(shù)據(jù)。這些可以通過節(jié)能等級從數(shù)學(xué)和測量技術(shù)方面來查明能量損失。EN50598所給定的有效作用等級也同樣適用。
國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60034-30(轉(zhuǎn)動電氣機械-30部分)定義了異步電動機(感應(yīng)電動機)的節(jié)能等級。通過三相交流電電機的擴大使用，新標(biāo)準(zhǔn)的修訂變的必不可少。 現(xiàn)有的IEC60034-30-1規(guī)定了在工作網(wǎng)絡(luò)中使用的電機，IEC60034-30-2規(guī)定了變頻器電機。已公開的IEC60034-30-2將從2016年開始實施。
新的標(biāo)準(zhǔn)說明了如何計算極限值
基于擴大的產(chǎn)品演算以及EN50598，新的標(biāo)準(zhǔn)是這樣計劃的：定義由調(diào)節(jié)元件和電機組成的驅(qū)動系統(tǒng)的能量損失或者說損失等級。標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了極限值，還詳細(xì)說明了改如何計算，這樣就能用全球統(tǒng)一的技術(shù)方法來比較和測試制造廠商給出的數(shù)據(jù)。
在泵和空壓機中使用變頻器有著各種優(yōu)勢，特別是能效方面，因為達(dá)到了歐洲ErP-準(zhǔn)則所規(guī)定的參數(shù)指標(biāo)。當(dāng)然前提是互相匹配的變頻器和電機。
